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이온전도도 10배 늘려 상온에서도 구동
고속충전 성능 및 화재 안전성 확보
故 굿 이너프 교수 연구팀과 공동연구 성과[이데일리 김성진 기자] SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 공동개발에 성공했다.고(故) 굿 이너프 텍사스대학교 교수 연구팀과 함께 이룬 성과다.고체 배터리 성능 개선에 기여하고,슬롯 알값나아가 전고체 배터리 개발에도 속도를 높일 것으로 기대된다.

SK온은 굿 이너프 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인‘SIPE’를 개발했다고 16일 밝혔다.

굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 배터리 선구자다.2019년 97세에 노벨화학상을 받아 최고령 노벨상 수상 기록도 세웠다.2020년부터 SK온과 리튬메탈 배터리를 구현하기 위한‘고체 전해질’공동 개발을 진행해왔다.지난해 6월 별세 후 제자인 카니 교수가 연구팀을 이끌고 있다.

해당 연구는 전기화학 분야의 권위 있는 학술지‘일렉트로케미컬 소사이어티’에 게재됐다.

고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리 소재로 각광받는다.하지만 산화물계,슬롯 알값황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80°C의 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제 중 하나로 여겨진다.

SIPE는 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선해 이를 해결했다.기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배(1.1x10-4S/cm)까지 끌어올렸으며,슬롯 알값리튬 이온 운반율 역시 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다.상온 구동이 가능한 배경이다.리튬이온 전도도와 리튬 이온 운반율이 높아지면 배터리 출력 및 충전 성능 또한 향상된다.

실제 실험 결과,슬롯 알값SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전(0.1C) 대비 고속 충방전(2C) 시 배터리 방전 용량이 77%로 유지됐다.고체 전해질은 이온 전도도가 낮아 고속 충전 시 방전 용량 저하가 두드러지는데,이를 최소화한 셈이다.

고체 전해질 계면 안정성을 높여 덴드라이트 형성을 억제한 점도 주목할 만하다.리튬메탈 배터리는 음극으로 흑연이 아닌 금속 리튬을 사용해 에너지 밀도를 대폭 높일 수 있다.다만,상용화를 위해서는 고질적 덴드라이트 현상 해결이 필수적이다.덴드라이트는 충방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체다.배터리의 수명과 안전성을 저하시키는 원인 중 하나다.

이 밖에도 SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량생산이 가능하며,열적 안전성이 우수해 250℃ 이상 고온에도 견딜 수 있다.차세대 복합계 고체 배터리에 적용할 경우 충전 속도와 저온 성능을 개선할 것으로 기대된다.

김태경 SK온 차세대배터리센터장은 ”이번 연구 성과를 바탕으로 고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “SK온은 신규 소재 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나갈 것”이라고 말했다.

한편,SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다.각각 2025년,2026년 파일럿(Pilot) 시제품을 생산하고 2028년,2029년에는 상용화 시제품을 생산한다는 목표다.대전 배터리연구원에 건설 중인 황화물계 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 내년 하반기 완공 예정이다.

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:이은주·한지은 기자[서울신문 다른기사 보러가기]☞ 서하얀, ♥임창정 ‘먹튀 논란’에 입 열어…“고개 숙이겠다”☞ “한 달에 1억?”… 115만 유튜버 제이제이, 수입 공개☞ 나이 제한·수영복 심사 없애자…독일 ‘최고 미녀’ 된 39세 엄마☞ “개원의 연봉 ‘2억 9천만원’…비난받을 정도로 많은가요?”☞ 신사동호랭이 사망 소식에…생방송 중 눈물 흘린 아이돌☞ “김정은 장남, 너무 마르고 창백해서 대중 공개 안해”☞ “수술 필요한 상황”…김호중, 안타까운 소식 전해졌다☞ 토할 때까지 먹이고 토사물도 먹인 어린이집 교사 ‘집유’☞ 3년 만에 전해진 ‘김생민 근황’…이태리 음식점서 ‘포착’☞ ‘꼬마 요리사’ 노희지, 만삭 근황 공개됐다[ 관련기사 ]☞ [단독] ADHD의 습격, 학교가 아프다 [마음 성적표 F-지금 당장 아이를 구하라]☞ ‘조용한 ADHD’ 등 증상 다양… 초등 저학년 치료 땐 완치 가능 [마음 성적표 F-지금 당장 아이를 구하라]☞ ADHD 등 병원 찾은 아이들 12만명… 진료비도 661억에 달해 [마음 성적표 F-지금 당장 아이를 구하라]☞ 무기력한 교사들 “커터칼 꺼내도 못 말려요… ‘금쪽이’라서” [마음 성적표 F-지금 당장 아이를 구하라]☞ 회피하는 부모들 “학교에는 감추고 싶어요… 낙인찍힐까 봐” [마음 성적표 F-지금 당장 아이를 구하라]▶ 밀리터리 인사이드- 저작권자 ⓒ 서울신문사 -

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