[디지털데일리 이건한 기자] SK온이 단국대와 고성능 산화물계 신규 고체전해질을 공동개발했다. 기존보다 크게 개선된 리튬이온전도도가 특징이다. 다양한 차세대 배터리의 전고체화에도 활용할 수 있다.

SK온은 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동개발한 이번 연구결과가 유명 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(IF 19.9)' 표지논문으로 게재됐다고 31일 밝혔다. 국내외 특허출원도 마쳤다.

새로운 산화물계 고체전해질은 기존 약점인 리튬이온전도도와 대기 안정성이 모두 개선됐다. 우선 첨가물질 조정으로 기존 고체전해질보다 리튬이온전도도가 70% 개선됐다. 전도도는 전해질 내 리튬이온의 이동속도다. 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다.

전도도가 높아지면 안정성은 낮아진다. 공동연구팀은 소재의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술을 확보해 이 단점도 극복했다. 고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질 기능이 떨어지지만 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다는 설명이다.

이로써 산화물계 고체전해질의 단점은 줄고 장점은 부각되는 효과가 있다. 산화물계는 황화물계 대비 화재 가능성이 낮고 화학적 안정성이 우수한 대신 이온전도도가 낮은 한계가 있었다.

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 기존 액체전해질 기반 리튬이온배터리의 최대 사용 전압은 4.3V다. 산화물계 고체전해질은 5.5V까지 늘릴 수 있다. 이를 배터리 제작에 적용하면 이론상 용량이 최대 25% 증가한다.

공동연구팀이 개발한 이번 고체전해질은 활용처가 다양하다. 현재 NCM 양극재 기반 전고체배터리 외에도 리튬-황 배터리, 리튬-공기 배터리의 전고체화 소재로 활용 가능하다. SK온이 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체배터리에도 적용할 수 있다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 "이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질 전고체배터리 제작을 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것"이라고 평가했다.

현재 SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체배터리를 개발하고 있다. 모두 2026년 초기 단계의 시제품을 생산하고 2028년 상용화 목표다. 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대배터리 파일럿 플랜트는 내년 완공 예정이다.