SK온이 실리콘 음극 전고체 배터리의 성능 저하 문제를 개선할 수 있는 신소재 개발 성과를 공개했다.

SK온은 연세대학교 정윤석·김정훈 교수 연구팀과 공동으로 실리콘 음극에 최적화된 전도성 고분자 바인더 ‘PPMA’를 개발했다고 15일 밝혔다.

PPMA는 전도성과 접착력을 동시에 확보한 소재로, 실리콘 음극 전고체 배터리에서 반복적인 충·방전 과정에서 발생하는 구조적 불안정 문제를 완화하는 효과가 있다.

실리콘 음극은 이론적으로 기존 흑연 음극보다 약 10배 높은 저장 용량을 지니지만, 충·방전 시 부피가 크게 변해 상용화에 어려움이 있었다.

전고체 배터리 역시 고체 입자 간 접촉을 통해 전류가 흐르는 구조여서, 접촉이 약해질 경우 성능이 낮아진다는 지적이다.

이번 연구에서는 저압 환경에서의 성능 저하 원인이 리튬 이온 이동이 아니라 전극 내부의 전자 전달에 있다는 점이 규명됐다.

이에 따라 새로 개발된 PPMA는 설계부터 전극 내부에 안정적인 전자 이동 경로를 형성하고, 실리콘 입자 간 결합력을 높였다.

이후 SK온은 PPMA를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화에 가까운 압력 조건에서 구동하는 데 성공했다고 밝혔다.

실험은 전기차 적용을 가정한 고에너지밀도 파우치형 배터리 형태로 진행됐으며, 수백 회 충·방전 이후에도 초기 성능을 안정적으로 유지한 것으로 나타났다.

또 PPMA는 물 기반 공정이 가능해 제조 공정을 단순화하고 생산 비용과 환경 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다.

SK온은 해당 소재 적용으로 배터리 구동에 필요한 압력 조건도 기존 대비 80% 이상 낮출 수 있었다는 설명이다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.

박기수 SK온 미래기술원장은 "산학 협력을 통해 차세대 전고체 배터리 분야에서 기술적 진전을 이뤘으며, 향후에도 관련 연구를 지속해 나가겠다"라고 밝혔다.

한편 SK온은 전고체 배터리 상용화를 목표로 대전 미래기술원에 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 구축했으며, 상용화 목표 시점은 2029년으로 설정한 상태다.