"전고체 배터리 수명 3배 ↑"…SK온, 리튬 메탈·GPE 해법 국제 학술지 등재 [소부장박대리]

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"전고체 배터리 수명 3배 ↑"…SK온, 리튬 메탈·GPE 해법 국제 학술지 등재 [소부장박대리]

디지털데일리 발행일 2025-05-06 10:31:43

배태용 기자

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SK온과 한양대학교의 ‘황화물계 리튬 메탈 음극 보호막 적용 연구 결과’가 담긴 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 논문. [ⓒSK온]

[디지털데일리 배태용 기자] SK온이 차세대 전고체 배터리 기술 상용화를 위한 연구성과를 국제 학술지에 잇따라 발표하며 기술 선점에 속도를 내고 있다. 리튬 메탈 음극의 수명을 개선하고, 젤 고분자 전해질의 수명 저하 원인을 규명한 연구 결과는 향후 전고체 전지의 상용화 가능성을 한층 끌어올릴 수 있을 것으로 기대된다.

6일 SK온은 한양대학교 김동원 교수팀과 공동으로 리튬 메탈 음극에 보호막을 형성해 전고체 배터리의 수명을 크게 높이는 데 성공했다고 밝혔다. 이 연구는 에너지·화학 분야의 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스' 4월호에 게재됐으며, 국내외 특허 출원도 마쳤다.

리튬 메탈은 흑연 대비 약 10배에 달하는 용량과 낮은 전기화학적 전위를 바탕으로 차세대 배터리 음극 소재로 주목받고 있지만, 표면 무기물 형성과 덴드라이트 발생으로 인해 수명이 짧은 것이 단점이다. SK온은 이를 해결하기 위해 리튬 메탈을 특수 용액에 담가 무기물 제거 후, 리튬나이트라이드(Li₃N)와 리튬옥사이드(Li₂O)로 구성된 보호막을 형성하는 방식을 개발했다. 실험 결과 상온에서도 300회 이상 충·방전이 가능했으며, 이는 기존 대비 약 3배 향상된 수명이다.

또한 SK온은 연세대학교 박종혁 교수팀과 함께 고분자 산화물 복합계 배터리의 젤 고분자 전해질(GPE) 경화 시간과 수명 간의 상관관계를 밝혀냈다. 이 연구는 지난 2월 국제 화학 학술지 '앙게반테 케미'에 게재됐다.

연구에 따르면 전해질의 열 경화 시간이 60분일 경우 방전 용량 감소율이 9.1%에 그쳤지만, 20분 경화 시 약 34% 감소해 경화 시간이 수명에 결정적 영향을 미친다는 사실이 드러났다. SK온은 밀도 범함수 이론(DFT)을 활용해 양극 표면 보호층이 부반응을 통해 성능을 저하시킨다는 과정을 정밀 분석했다.

SK온 박기수 R&D본부장은 "이번 성과는 학계와의 협력으로 차세대 배터리 기술의 핵심 난제를 극복하기 위한 중요한 진전"이라며 "전고체 배터리 상용화의 기술적 기반을 더욱 공고히 하겠다"고 밝혔다.

한편 SK온은 현재 고분자-산화물 복합계, 황화물계 전고체 배터리를 각각 개발 중이며, 2028년과 2030년 상용화를 목표로 하고 있다.