일요주간 - SK온, 연세대와 실리콘 음극 전고체 배터리 성능 안정화 신소재 개발

- 연세대와 손잡고 신소재 바인더 개발…실리콘 음극 성능 안정화 달성
- 네이처 커뮤니케이션스 게재, 전고체 배터리서 전도성 고분자 적용 가능성 입증

▲ SK온, 신소재 개발 통해 실리콘 음극 전고체 배터리 상용화 난제로 꼽혀 온 성능 저하 문제 해법 제시(사진=SK온)

 

[일요주간=엄지영 기자] SK온이 차세대 전고체 배터리 상용화를 향한 기술 장벽을 뛰어넘는 혁신적 성과를 공개했다. 지난 8일 서울대학교와 단결정 양극재 연구 성과를 선보인 데 이어, 이번에는 연세대학교와의 협력을 통해 실리콘 음극 분야에서도 핵심 난제를 해결하며 배터리 기술 리더십을 강화했다.

SK온은 연세대 정윤석·김정훈 교수팀과 공동으로 실리콘 음극 전용 신소재 바인더 ‘PPMA(전자전도성 고분자)’를 개발했다고 15일 밝혔다. PPMA는 높은 전도성과 우수한 접착력을 동시에 갖춘 소재로, 기존 실리콘 음극 전고체 배터리가 겪어온 구조적 안전성 문제를 효과적으로 개선했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난해 12월 5일 게재되며 학계의 주목을 받았다. 심사위원들은 액체 전해질 배터리에서 제한적으로 활용되던 전도성 고분자 바인더가 전고체 환경에서도 안정적으로 적용될 수 있음을 입증한 점을 높게 평가했다.

SK온은 PPMA를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화 조건에 근접한 환경에서 구동하는 데 성공했다. 실험실 수준을 넘어 실제 전기차 적용 조건에서 고에너지밀도 파우치형 배터리로 성능을 검증했으며, 수백 회 충·방전 이후에도 배터리 용량 저하 없이 초기 성능을 안정적으로 유지했다.

실리콘 음극은 흑연 대비 약 10배 높은 이론적 저장 용량을 갖지만, 충·방전 과정에서 300% 이상 팽창·수축하며 입자 간 접촉을 끊어 성능 저하를 유발하는 문제가 있었다. 전고체 배터리는 고체 입자 간 접촉으로만 전류가 흐르기 때문에, 기존 PVDF 바인더 사용 시 절연 특성 때문에 성능 향상에 한계가 있었다.

SK온과 연세대 연구진은 저압 환경에서 성능 저하 원인을 전극 내부 전자 이동에 있음을 밝혀내고, PPMA를 통해 전극 전반에 전자의 안정적 이동 경로를 확보하면서 실리콘 입자 결합을 강화했다.

또한 PPMA는 공정을 단순화하고 생산 효율을 높이는 장점이 있다. 기존 특수 용매와 높은 압력을 필요로 했던 방식과 달리, PPMA는 물 기반 공정을 적용해 환경 부담을 줄이고 제조비용을 절감하며, 압력도 80% 이상 낮출 수 있다.

박기수 SK온 미래기술원장은 “산학 협력을 통해 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 기술적 진전을 이뤘다”며 “앞으로도 학계와 협력하며 차세대 배터리 혁신 속도를 높이겠다”고 강조했다.

한편, SK온은 전고체 배터리 양산 준비에도 속도를 내고 있다. 2025년 하반기 대전 미래기술원에 약 4,628㎡ 규모의 파일럿 플랜트를 준공했으며, 2029년 상용화를 목표로 국내 주요 대학과 산학 협력을 확대 중이다.

 

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