컨슈머타임스=강나연 기자 | SK온은 김동원 한양대학교 교수팀과 함께 황화물계 전고체 전지의 수명을 높이는 연구가 에너지∙화학 분야의 국제적 학술지인 'ACS 에너지 레터스' 4월호에 실렸다고 7일 발표했다.
리튬 메탈 음극 표면에 보호막을 형성해 배터리의 안전성과 수명을 끌어올리는 방식이다.
전고체 전지의 차세대 음극 소재로 주목받는 리튬 메탈은 기존 흑연 대비 약 10배에 달하는 용량과 낮은 전기화학적 전위를 바탕으로 에너지 밀도 향상과 고출력 구현의 핵심으로 떠오르고 있다.
리튬 메탈은 공기 중에서 반응하기 쉬워 표면에 무기물이 불균일하게 형성된다. 무기물층이 리튬 이온의 이동을 방해하며 충∙방전 효율을 떨어뜨리고, 덴드라이트가 발생해 배터리 수명이 짧아지는 한계가 있었다. 리튬 메탈 음극을 적용하여 전고체 배터리를 개발하면 상온에서 충∙방전 횟수가 100회로 제한된다.
SK온은 전고체 배터리의 짧은 수명 문제를 해결하기 위해 리튬 메탈 음극을 특수 용액에 담가 무기물을 제거하고 전도성이 높은 리튬나이트라이드(Li3N)와 기계적 강도가 높은 리튬옥사이드(Li2O) 기반 보호막을 형성시켰다.
이를 통해 계면 안전성을 확보하고 상온에서도 300회 이상 충방전이 가능해 기존 음극 메탈 배터리 수명을 3배로 늘렸다.
SK온은 박종혁 연세대학교 교수팀과 함께 고분자 산화물 복합계 배터리의 젤 고분자 전해질(GPE) 경화 시간과 배터리 수명 간의 관계를 규명했다. 이 연구는 지난 2월 화학 분야의 권위 있는 국제 학술지인 '앙게반테 케미'에 게재됐다.
연구에 따르면 젤 고분자 전해질의 열 경화 시간이 길수록 배터리 성능 유지에 유리한 것으로 나타났다. 60분간 열 경화된 전해질을 사용한 배터리는 방전 용량이 9.1% 감소했지만, 20분만 열 경화한 경우에는 약 34%가량 줄어드는 결과를 보였다.
SK온은 이번 연구 성과가 고분자 산화물 복합계 배터리 수명 향상에 기여할 것으로 예상된다고 밝혔다.
박기수 R&D본부장은 "이번 성과는 SK온의 지속적인 연구개발 노력과 기술적 저력이 학계와의 협력을 통해 맺은 결실"이라며, "차세대 배터리로 주목받는 고체 전지의 기술적 난제를 돌파하는 데 핵심 토대가 될 것"이라고 말했다.
