LG·SK, 차세대 전해질 원천기술 개발 ‘속도’

차세대 배터리 상용화를 위한 전해액 원천기술 확보전

LG에너지솔루션 폴란드 공장·SK온 조지아 공장 전경. <사진=각사>

LG에너지솔루션(LG엔솔)과 SK온 등 국내 배터리 업계가 차세대 전해질 원천기술 개발에 속도를 내고 있다. 확보한 원천기술을 통해 차세대 배터리 시장을 선도한다는 포석이다.

18일 관련 업계에 따르면 국내 주요 배터리 업체들이 리튬메탈 배터리를 상용화하기 위한 차세대 전해질 개발에 속도를 내고 있다. 차세대 배터리인 리튬메탈 배터리를 구현하기 위해서는 기존 전해질로 극복하지 못한 덴드라이트 형성을 억제할 수 있는 전해질 기술력이 필요하다.

이를 위해, LG엔솔과 SK온은 차세대 전해질을 통해 덴드라이트 형성을 억제하는 방안을 연구 중이다.

LG엔솔은 붕산염-피란 기반의 액체 전해질을 통해 덴드라이트를 해결하는 방안을 세계 최초로 적용했다. 붕산염-피란 기반의 액체 전해질은 덴드라이트가 형성되는 리튬메탈 음극 표면을 재구성해 전해액과 리튬메탈 음극 간 부식 반응을 차단하는 역할을 한다. 이를 통해 충방전 효율을 향상시키는 것은 물론 1회 충전에 900km 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높일 수 있다.

액체 전해질을 고체 전해질로 극복하기 위한 연구개발도 이어지고 있다. 고체 전해질은 액체 전해질과 달리 외부 환경 변화나 충격으로 인한 누액 위험이 없기 때문에 안정성을 높일 수 있다.

이와 관련, SK온은 지난 16일 텍사스대학교 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 ‘SIPE’ 개발했다.

고분자 전해질은 고체 전해질 중 가격이 저렴하고 제조가 용이한 것으로 알려져 있다. 다만 다른 고체 전해질(산화물계·황화물계)에 비해 이온전도도가 낮고 70~80도의 고온에서만 구동하는 점이 한계로 꼽혔다.

SK온이 이번에 개발한 SIPE는 상온에서 구동할 수 있는 고분자 전해질로 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선한 것으로 전해진다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배(1.1x10-4S/cm)까지 끌어올렸으며 리튬 이온 운반율 역시 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다.

또한 SIPE는 고체 전해질 계면 안정성을 높여 덴드라이트 형성을 억제하기도 했다. 이외에도 높은 기계적 내구성을 기반으로 대량생산하거나 열적 안전성이 우수해 250도 이상 고온에도 견딜 수 있다.

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 것이다”고 말했다.

SK온은 이러한 개발 성과를 기반으로 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2025년, 2026년 파일럿 시제품을 생산하고 2028년, 2029년에는 상용화 시제품을 생산한다는 목표를 제시했다.

[CEO스코어데일리 / 박대한 기자 / dayhan@ceoscore.co.kr]

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