SK온이 신소재 개발을 통해 실리콘 음극 전고체 배터리 상용화의 최대 걸림돌이었던 성능 저하 문제의 해법을 제시했다. 

회사는 연세대와 협력해 실리콘 음극 분야에서 세계적 수준의 성과를 거두며 차세대 배터리 기술 리더십을 더욱 공고히 하고 있다.

SK온은 정윤석·김정훈 연세대 교수팀과 공동으로 실리콘 음극에 최적화된 신소재 바인더 ‘전자전도성 고분자(PPMA)’를 개발했다고 15일 밝혔다. 

PPMA는 우수한 전도성과 접착력을 동시에 갖춘 신소재로, 기존 실리콘 음극 전고체 배터리가 가졌던 구조적 안전성 문제를 해결했다. 

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다. 학계에서는 기존 액체 전해질 기반 배터리에서 활용이 제한됐던 전도성 고분자 소재를 전고체 환경에서 성공적으로 구현했다는 점에 주목하고 있다.

실리콘 음극은 이론적으로 흑연보다 약 10배 많은 저장 용량을 가져 차세대 소재로 꼽히지만, 충·방전 시 부피가 300% 이상 팽창해 입자 간 접촉이 끊어진다. 또, 성능이 급격히 저하되는 고질적인 문제가 있었다. 

SK온과 연세대 연구진은 성능 저하의 원인이 전극 내부의 전자 이동 장애에 있음을 밝혀내고, PPMA 소재를 통해 전자 이동 통로를 안정적으로 형성함과 동시에 실리콘 입자 간의 결합을 강력하게 강화했다.

특히 이번 성과는 실험실 수준의 테스트를 넘어, 실제 전기차 적용 조건과 유사한 고에너지밀도 파우치형 배터리로 성능을 검증했다는 점에서 의미가 크다. 

신소재를 적용한 배터리는 상용화에 근접한 압력 조건에서도 수백 회의 충·방전 시험 후 초기 성능을 안정적으로 유지했다. 

또한 기존 공정과 달리 물 기반 공정이 가능해 환경 부담과 제조비용을 줄였다. 구동에 필요한 압력도 80% 이상 낮춰 생산 효율성을 획기적으로 높였다.

박기수 SK온 미래기술원장은 “산학 협력을 통해 차세대 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 진전을 이뤄냈다”며 “앞으로도 학계와 함께 배터리 기술 혁신의 속도를 높여 나갈 것”이라고 말했다. 

한편 SK온은 지난해 하반기 대전 미래기술원 내 전고체 배터리 파일럿 플랜트 준공을 완료했으며, 이를 바탕으로 2029년 전고체 배터리 상용화를 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다.