SK온이 굿 이너프 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질 ‘SIPE(sisin-ion conducting polymer electrolyte)’를 개발했다고 16일 밝혔다.
굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 선구자다. 2019년 노벨화학상을 받았으며 2020년부터 SK온과 리튬메탈 배터리 구현을 위한 ‘고체 전해질’ 공동 개발을 진행해왔다. 지난해 6월 별세 후 제자 카니 교수가 해당 연구팀을 이끌고 있다.
개발에 성공한 고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 쉽다. 다만, 산화물계, 황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80℃ 고온에서만 구동하다.
SK온과 하디 카니 교수 연구팀은 ‘SIPE’ 개발을 통해 상온에서도 구동하도록 도왔다. SIPE는 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배 높였으며 리튬 이온 운반율 역시 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다.
리튬이온 전도도와 리튬이온 운반율이 높아질수록 배터리 출력 및 충전 성능도 향상된다. 실제 실험 결과 SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전 대비 고속 충방전 시 배터리 방전 용량이 77%로 유지됐다고 회사는 설명했다.
고체 전해질 계면 안전성을 높여 덴드라이트 형성도 억제했다. 덴드라이트는 충방전 과정에서 리튬이온이 양극과 음극을 이동할 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체로 배터리 수명과 안전성을 저하시키는 원인이다.
SK온은 고분자 산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있다. 각각 2025년, 2026년 파일럿 시제품을 생산해 2028년과 2029년 상용화 시제품을 생산할 계획이다. 건설 중인 황화물계 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 2025년 하반기 완공될 예정이다.
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.
디일렉=이민조 기자 [email protected]
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