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SK온이‘꿈의 배터리’라 불리는 전고체 배터리 연구 성과를 국제 학술지에 잇따라 발표하며 차세대 배터리 기술 경쟁에 불을 지피고 있다.
SK온은 한양대 김동원 교수팀과 함께 황화물계 전고체 배터리의 수명을 높인 연구 성과가 에너지·화학 분야 국제 학술지인‘ACS 에너지 레터스’4월호에 실렸다고 6일 밝혔다.
전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다.외부 충격에 강하고 화재 위험에서 자유로울 뿐 아니라 전기차의 주행거리를 획기적으로 끌어올린다는 점에서 배터리 업계의 판도를 바꿀‘게임 체인저’로 통하지만,기술적 난도가 높아 양산까지는 아직 넘어야 할 산이 많다고 알려진 상태다.
전고체 배터리에는 에너지 밀도를 향상시키기 위해 기존의 흑연 대신 리튬 메탈이 음극재로 들어가는데,공기 중에 반응하기 쉬운 특성 때문에 리튬 이온의 이동을 방해하는 무기물이 불균일하게 형성돼 충·방전 효율이 떨어지고,배터리 수명이 짧아지는 한계가 있었다.
SK온은 이 문제를 해결하기 위해 리튬 메탈 음극을 특수 용액에 담가 무기물을 제거하고 전도성이 큰 리튬나이트라이드(Li3N)와 기계적 강도가 높은 리튬옥사이드(Li2O) 기반 보호막을 형성했다.그 결과 상온에서 300회 이상 충·방전이 가능해져 기존 음극 메탈 배터리 수명을 3배 늘리는 효과를 확인했다고 한다.국내외 특허 출원도 마쳤다.
SK온은 또 연세대 박종혁 교수팀과 함께 젤(gel) 형태의 고분자 전해질 경화 시간과 배터리 수명 간의 관계를 규명했다.이 연구는 지난 2월 화학 분야 국제 학술지인‘앙게반테 케미’에 게재됐다.
연구에 따르면 액상 형태의 전해질을 고분자와 혼합해 가열하면 고분자 산화물 복합계 배터리의 일종인 젤 고분자 전해질 배터리가 만들어지는데,이 과정에서 열 경화 시간이 길수록 배터리 성능 유지에 유리한 것으로 나타났다.60분간 열 경화된 전해질을 사용한 배터리는 방전 용량이 9.1% 감소했지만,다바오 홀덤20분만 열 경화한 경우에는 34%가량 줄어드는 결과를 보였다고 한다.SK온은 이번 연구 성과가 고분자 산화물 복합계 배터리의 수명을 늘리는 데 기여할 것으로 기대했다.
박기수 SK온 R&D본부장은 “이번 성과는 SK온의 지속적인 연구·개발 노력과 기술적 저력이 학계와의 협력을 통해 맺은 결실”이라며 “차세대 배터리로 주목받는 고체 전지의 기술적 난제를 돌파하는 데 핵심 토대가 될 것”이라고 말했다.
SK온은 고분자 산화물 복합계,황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 각각 2028년,2030년 상용화하는 것을 목표로 개발 중이다.
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