실리콘 음극 '팽창' 잡았다… SK온, 전고체 배터리 난제 해결

연세대와 신소재 바인더 PPMA 개발
상용화 걸림돌 성능 저하 문제 해결
전도성 높이고 제조 압력은 80% 낮춰

그래픽=비즈워치

SK온이 전고체 배터리 상용화의 핵심 걸림돌로 꼽혀온 실리콘 음극의 부피 팽창과 성능 저하 문제에 대응할 수 있는 신소재를 개발했다. 이번 성과를 통해 그간의 기술적 한계를 극복하고 차세대 배터리 상용화에 물꼬를 틀 전망이다.

제조 원가·압력 낮춰 상용화 '성큼'

자료=네이처 커뮤니케이션스에 게재된 SK온-연세대 전자전도성 고분자 소재 연구 논문 캡처

SK온은 연세대학교 정윤석·김정훈 교수 연구팀과 함께 실리콘 음극에 최적화된 신소재 바인더 PPMA(전자전도성 고분자)를 개발했다고 15일 밝혔다. 해당 소재는 전도성과 접착력을 동시에 확보한 것이 특징으로, 전고체 배터리 환경에서 실리콘 음극의 구조적 안정성을 높이는 데 초점을 맞췄다.

실리콘 음극은 이론적으로 저장 용량이 흑연의 약 10배에 달해 고에너지밀도 배터리의 핵심 소재로 주목받아 왔다. 그러나 충·방전 과정에서 부피가 300% 이상 변하는 문제로 인해 입자 간 접촉이 끊어지고 내부 저항이 커지는 등 상용화에 어려움이 있었다.

SK온과 연세대 연구진이 개발한 PPMA 소재는 전극 전반에 전자가 이동할 통로를 안정적으로 형성하면서 실리콘 입자 간의 결합을 강화하도록 설계됐다. 특히 기존 바인더 소재와 달리 전도성과 접착력을 동시에 확보해 고체 입자 간 접촉에 의존하는 전고체 배터리의 구조적 안정성 문제를 보완했다는 평가다.

이번 신소재는 공정 효율성 측면에서도 강점을 가진다. 특수 용매 대신 물 기반 공정이 가능해 제조 비용을 절감할 수 있으며 배터리 제조 시 필요한 압력도 기존 대비 80% 이상 낮췄다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재되며 대외적인 공신력도 확보했다.

박기수 SK온 미래기술원장은 "산학 협력으로 차세대 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 진전을 만들었다"며 "앞으로도 학계와 함께 차세대 배터리 기술 혁신의 속도를 높이겠다"고 밝혔다.

SK온은 전고체 배터리 양산 준비에 속도를 내고 있다. 지난해 하반기 대전 미래기술원 내 약 4628㎡(약 1400평) 규모의 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공했으며 전고체 배터리 상용화 목표 시점은 2029년으로 제시하고 있다.

ⓒ비즈니스워치(www.bizwatch.co.kr) - 무단전재 및 재배포금지