[석대건 기자]
[디지털투데이 석대건 기자] SK온이 연세대학교와 신소재 바인더를 개발해 실리콘 음극 전고체 배터리 상용화 난제를 해결했다. SK온은 연세대학교 정윤석·김정훈 교수팀과 실리콘 음극에 최적화된 신소재 바인더 'PPMA'를 개발했다고 15일 밝혔다. PPMA는 전도성과 접착력을 동시에 확보한 전자전도성 고분자다. 이를 통해 기존 실리콘 음극 전고체 배터리의 구조적 안전성 문제를 해결할 수 있다.
이번 연굴로 신소재 바인더를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화에 가까운 압력 조건에서 구동하는 데 성공했다. 실험실 수준을 넘어 실제 전기차 적용 조건에서 고에너지밀도 파우치형 배터리로 성능을 검증했다. 수백 회에 걸친 충·방전 시험 후에도 배터리 용량 저하 없이 초기 성능을 유지했다고 강조했다.
실리콘 음극은 이론적으로 저장 용량이 흑연의 약 10배에 달해 차세대 고에너지밀도 배터리의 핵심 소재로 꼽힌다. 다만 충·방전 과정에서 부피가 300% 이상 변하는 문제가 상용화 과제였다. 팽창·수축으로 입자 간 접촉이 끊기고 내부 저항이 커지면 에너지 밀도와 용량은 물론 수명·출력·효율 등 배터리 성능 구현이 어렵다.
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[디지털투데이 석대건 기자] SK온이 연세대학교와 신소재 바인더를 개발해 실리콘 음극 전고체 배터리 상용화 난제를 해결했다. SK온은 연세대학교 정윤석·김정훈 교수팀과 실리콘 음극에 최적화된 신소재 바인더 'PPMA'를 개발했다고 15일 밝혔다. PPMA는 전도성과 접착력을 동시에 확보한 전자전도성 고분자다. 이를 통해 기존 실리콘 음극 전고체 배터리의 구조적 안전성 문제를 해결할 수 있다.
이번 연굴로 신소재 바인더를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화에 가까운 압력 조건에서 구동하는 데 성공했다. 실험실 수준을 넘어 실제 전기차 적용 조건에서 고에너지밀도 파우치형 배터리로 성능을 검증했다. 수백 회에 걸친 충·방전 시험 후에도 배터리 용량 저하 없이 초기 성능을 유지했다고 강조했다.
실리콘 음극은 이론적으로 저장 용량이 흑연의 약 10배에 달해 차세대 고에너지밀도 배터리의 핵심 소재로 꼽힌다. 다만 충·방전 과정에서 부피가 300% 이상 변하는 문제가 상용화 과제였다. 팽창·수축으로 입자 간 접촉이 끊기고 내부 저항이 커지면 에너지 밀도와 용량은 물론 수명·출력·효율 등 배터리 성능 구현이 어렵다.
전극 고체 입자들 간 접촉을 통해서만 전기가 흐르는 전고체 배터리 특징상 접촉이 끊어질 경우 회복이 어렵기 때문에 접착 물질인 바인더 사용을 늘리거나 높은 압력을 가하는 방식이 활용됐다. 기존 바인더로 사용된 PVDF 소재는 절연성이 강해 사용량을 늘릴수록 전극 성능을 높이기 어려웠다.
SK온과 연세대 연구진은 저압 환경에서의 성능 저하 원인이 리튬이온 전달보다 전극 내부의 전자 이동에 있음을 밝혀냈다. 여기에 쓰인 PPMA 소재는 전극 전반에 전자가 이동할 통로를 안정적으로 형성하면서 실리콘 입자 결합을 강화하도록 설계됐다. 물 기반 공정이 가능해 환경 부담을 줄이고 제조비용도 절감하고 압력도 80% 이상 낮췄다고 회사는 설명했다.
박기수 SK온 미래기술원장은 "산학 협력으로 차세대 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 진전을 만들었다"며 "앞으로도 학계와 함께 차세대 배터리 기술 혁신의 속도를 높이겠다"고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스에 지난해 12월 5일 게재됐다. SK온은 지난 8일 서울대학교와 단결정 양극재 연구 성과를 공개한 데 이어 실리콘 음극 분야에서도 연구 성과를 냈다. SK온은 2025년 하반기 대전 미래기술원 내 약 4628㎡ 규모의 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공했다. 전고체 배터리 상용화 목표 시점은 2029년이다.
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