[M투데이 최태인 기자] SK온이 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체전해질 공동 개발에 성공했다. 

이 고체전해질은 산화물계 고체전해질 소재인 ‘리튬-란타넘-지르코늄-산소·LLZO’의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선해 세계 최고 수준으로 높였다.

리튬이온전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는데 SK온-단국대 연구팀은 이를 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다. 

고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다.

산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만, 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적다.

이와 함께 내부 단락을 발생시켜 화재를 유발할 수 있는 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다.

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3V이지만, 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 

이를 배터리 제작에 적용할 경우, 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다.

이 고체전해질은 현재 NCM 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에도 차세대배터리로 꼽히는 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다. 

현재 개발 중인 리튬-황, 리튬-공기 배터리는 LiB와 같이 액체전해질을 사용하는데 이 고체전해질을 적용해 전고체배터리로 만들 수 있을 것으로 기대된다.

또 SK온이 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체배터리에도 적용 가능하다. 산화물계 고체전해질은 고분자계보다 기계적 성질이 우수해 덴드라이트 현상을 억제하는 등 기존 고분자 전고체배터리의 한계를 극복할 수 있기 때문이다.

이를 차세대배터리에 적용한다면 화재 안전성과 장거리 주행 가능성을 모두 충족시킬 수 있게 된다.