화학뉴스

SK온(대표 유정준·이석희)이 한양대학교와 상온 구동이 가능한 전고체전지용 음극을 개발했다.
SK온은 김동원 한양대학교 교수 연구팀과 황화물계 전고체전지용 리튬메탈배터리(LMB) 음극을 공동 연구한 결과 상온에서 구동 가능한 신규 음극을 개발하는데 성공했다.
일반적으로 황화물계 LMB는 균일한 리튬 이동을 위해 상온보다 높은 온도에서 구동된다. 다만, 배터리를 고온에서 구동하면 유지용 모듈 탑재가 필요해 비용이 커지고 에너지밀도가 낮아진다. 
구동 온도가 섭씨 65도 이상 올라가면 소재 열화로 배터리 수명이 단축될 가능성도 있다.
연구진은 음극 집전체에 리튬 친화성 소재인 은이 추가된 음극을 구성해 상온 구동을 실현했으며, 고온 구동 시 온도 유지에 필요한 비용을 낮추고 배터리 수명을 늘렸다.
또 연구진은 덴드라이트(수지상 결정) 형성에 따른 셀 단락 현상을 방지하는 기술 개발에도 성공했다.
황화물계 LMB는 이온전도도와 에너지밀도가 높은 장점이 있다. 이온전도도가 높을수록 배터리 출력이 커지고 고속 충전이 가능하다.
흑연 음극재를 사용한 액체 전해질은 에너지밀도가 리터당 600-700Wh 수준이나 리튬 금속 음극재를 적용한 황화물계 전고체전지는 800-1000Wh이다.
다만, 황화물계 전해질과 리튬 메탈의 부반응으로 저항이 증가하고 리튬이 균일하지 않게 이동하는 문제점이 있다. 리튬 이동이 균일하지 않으면 전류가 한 곳으로 집중돼 덴드라이트가 형성되면서 셀 단락을 유발할 수 있다.
연구진은 리튬-은 합금 과정에서 전극 보호막 효과가 있는 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 막이 동시에 형성되는 공법을 개발했다.
일반적으로 별도로 처리되는 보호막 처리화 합금화 공정을 전기화학적으로 일원화함으로써 덴드라이트 성장 억제 뿐만 아니라 비용과 시간을 단축하는 공정 효율화도 가능하다
SK온은 코스트다운을 위해 은 함량을 줄이는 방안과 배터리 수명을 늘리기 위한 SEI막 강화 연구를 진행 할 계획이다. 
상온 구동 전고체 음극 연구는 최근 소재·계면 분야의 권위 있는 글로벌 학술지 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재된 것으로 알려졌다. (윤)