SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 '리튬 메탈 배터리용' 고분자 전해질 공동개발에 성공했다. SK온은 고(故) 굿 이너프 텍사스대 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 'SIPE'를 개발했다고 16일 밝혔다. 굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 배터리 선구자다. 2019년 97세에 노벨화학상을 받아 최고령 노벨상 수상 기록을 세웠다. 연구는 전기화학 분야의 권위 있는 학술지 '일렉트로케미컬 소사이어티'에 게재됐다. 고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리 소재로 주목받는다. 하지만 산화물계, 황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80도의 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제다. SIPE는 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선해 상온 구동을 가능하게 했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배까지 끌어올렸으며, 리튬 이온 운반율도 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다. 실험 결과 SIPE를 적용한 배터리는 저속 충·방전(0.1C) 대비 고속 충·방전(2C) 시 배터리 방전 용량이 77%로 유지됐다. 고속 충전 시 방전 용량 저하 현상을 최소화한 것이라고 회사 측은 설명했다. 덴드라이트 형성을 억제한 점도 주목된다. 덴트라이트는 충·방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체로, 배터리의 수명과 안전성을 저하하는 원인이다. 또 SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량생산이 가능하고, 열적 안전성이 우수해 250도 이상 고온에도 견딜 수 있다.김태경 SK온 차세대배터리센터장은 "고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다"며 "향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나갈 것"이라고 말했다. 박소연 기자

【파이낸셜뉴스 횡성=김기섭 기자】 고체전해질 전문기업 솔리비스가 연내에 강원도 횡성에 전고체전지용 고체전해질 생산공장을 설립한다. 28일 솔리비스에 따르면 올해 상반기 중 횡성군 우천산업단지에 7444㎡ 규모의 대규모 양산공장을 설립, 연내에 월 3t 규모의 고체전해질 생산시설을 가동할 계획이다. 솔리비스는 2년간 10억원의 연구개발비를 투입해 최첨단 고체전해질 생산공정 3세대 습식합성 양산플랫폼을 개발하는데 성공했으며 양산을 위해 1단계로 총 152억원을 투입해 공장동, 유틸리티동, 창고동, 사무동 등 공장건물 4개동을 건설, 올해 안에 월간 생산능력(CAPA) 3t을 달성할 방침이다. 솔리비스는 이차전지 제조사와 자동차 OEM이 요청해 온 샘플물량을 생산하기 위해 2023년 경기도 하남미사지구 소재 중앙연구소 내에 월생산량 100kg 규모의 파일럿 생산라인을 구축했고 지난 2월 200kg 규모, 4월 500kg 규모로 빠르게 월간 생산능력을 확대해 왔다. 하지만 국내외 고체전해질 수요를 감당하기엔 턱없이 부족하다고 판단, 횡성에 양산 공장을 새로 구축하기로 했다. 고체전해질은 꿈의 전지라 불리는 전고체 배터리의 핵심 소재로, 화재와 폭발로부터 자유로워 궁극적인 안전성을 확보할 뿐만 아니라 훨씬 많은 양의 전기에너지를 저장할 수 있음에도 불구하고 현재 업계에서 적용하고 있는 합성법으로는 양산제품의 핵심성능지표인 이온전도도가 낮다는 점이 문제로 지적돼 왔다. 솔리비스 고체전해질은 이같은 낮은 이온전도도 문제를 해결한 것으로, 국내외 배터리 기업들과 실증테스트를 실시한 결과 현재까지 알려진 학술연구와 시험을 통틀어 가장 높은 이온전도도를 기록했다. 솔리비스는 제품의 순도, 입도 등을 고객사의 요청에 신속히 대응할 수 있는 원천기술과 양산기술을 보유하고 있고 생산공정도 단순해 생산원가 측면에서도 경쟁력을 갖추고 있어 시장에서 선두주자로 주목받고 있다. 한편 솔리비스는 지난 20일 신동욱 솔리비스 대표, 김진태 강원특별자치도지사, 김명기 횡성군수 등이 참석한 가운데 강원도청에서 '횡성 공장신설 투자협약식'을 체결했다. kees26@fnnews.com 김기섭 기자

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀이 전고체전지의 고체전해질을 공정 과정과 비용을 절반으로 줄이면서도 품질을 2배 이상 높이는 기술을 개발했다. 이는 '고체전해질 입자크기 제어 및 습식 합성 공정' 기술로, 복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 된 것이다. 18일 전기연구원에 따르면, 기존의 고에너지 볼밀링을 통한 '건식 합성' 및 분쇄 기술로 만든 고체전해질의 이온 전도도는 2mS/㎝이지만, 새 기술로 만든 고체전해질은 4.98mS/㎝로 2.5배 높다. 박준우 박사는 "원재료의 적절한 선택과 화학 반응의 확실한 제어를 통한 '단순 공정'으로 고체전해질을 미세화하기 위해 진행됐던 복잡하고 비싼 공정을 건너뛸 수 있게 됐다"며 "매우 간단해진 공정에도 고체전해질의 품질은 훨씬 뛰어나 양산화·상용화를 위한 '기업 접근성'과 '효율성'을 모두 확보했다"고 말했다. 고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 '전해질'을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 하지만, 고체전해질은 전고체전지에 활용되려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 수 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다. 그동안 국내외 많은 연구진이 다양한 방법으로 제조했던 고체전해질은 입자가 커서 기계적인 분쇄 등 별도의 공정이 필요했다. 이 과정에서 시간적·물리적 비용 소모가 드는 것은 물론, 분쇄로 인한 고체전해질의 성능 저하는 상용화를 막는 큰 걸림돌이었다. 연구진이 개발한 기술은 단순한 공정만으로 미세하고 이온 전도도까지 높은 고체전해질을 대량으로 생산할 수 있다. 황화리튬 등 미세한 원재료를 도입하고, 각각의 물질이 화학 반응으로 발생시키는 '핵 생성(Nucleation)' 속도를 제어해 최종 생성물의 입자 크기를 크게 줄이는 방법을 활용했다. 이를통해 복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 된 것이다. 전기연구원은 전고체전지와 관련된 특허 출원 등을 다수 완료했으며, 기업에 기술이전을 추진할 계획이다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 기술을 에너지 분야 국제 저명 학술지인 '에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)'에 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온 전도도를 갖는 산화물계 고체전해질 공동개발에 성공했다. 해당 고체전해질이 적용된 리튬이온 배터리는 이론상 배터리 용량을 25%까지 획기적으로 늘릴 수 있다. SK온은 8월 31일 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구결과가 세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 게재됐다고 밝혔다. SK온과 단국대 공동연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다. SK온에 따르면 이 고체전해질은 리튬이온 전도도를 크게 높이고, 대기 안정성까지 확보했다. 리튬이온 전도도는 전해질 내 리튬이온의 이동속도로, 속도가 빠를수록 이차전지 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다. 양측 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 리튬-란타넘-지르코늄-산소(LLZO)의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온 전도도를 기존보다 70% 개선했다. 또 미세구조 제어기술을 활용, 안전성을 높였다. SK온 관계자는 "고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이번 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다"고 설명했다. 배터리 용량도 늘릴 수 있다. 액체전해질을 사용한 리튬이온 배터리(LiB)의 사용 전압은 최대 4.3볼트(V)지만 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것이 가능하다. 최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 "이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질 전고체배터리를 만들기 위한 혁신기술로 파급효과가 매우 클 것"이라며 "압도적인 미래 기술경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다"고 말했다. kjh0109@fnnews.com 권준호 기자

SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新)고체전해질 공동 개발에 성공했다는 소식에 지난해 SK온에 6506억원 규모의 배터리모듈용 부품 공급계약을 체결한바있는 인지컨트롤스(023800)가 강세다. 이날 한 매체에 따르면 SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구 결과가 세계적으로 저명한 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 게재됐다고 31일 밝혔다. SK온과 단국대 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 LLZO(리튬·란타넘·지르코늄·산소)의 첨가물질을 조정해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선, 세계 최고 수준으로 높였다고 설명했다. 리튬이온전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도다. 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다. LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 대기 안정성도 확보했다. 배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3볼트(V)지만, 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다고 SK온은 설명했다. 최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 "이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체 배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급 효과가 매우 클 것"이라며 "미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점하겠다"고 말했다. 한편, 인지컨트롤스는 1978년 설립된 자동차 부품 전문업체다. 전기차용 배터리 케이스와 TMS 모듈(Module), 수소차용 멀티밸브 등을 생산 중이다.자동차부품의 제조 및 판매기업인 인지컨트롤스는 국내외 완성차 업체에 부품을 제조해 판매하고 있으며 멀티밸브와 관련해 국내 시장 약 90% 점유율을 확보하고 있다. 디지털뉴스룸 onnews@fnnews.com

[파이낸셜뉴스] SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온 전도도를 갖는 산화물계 고체전해질 공동개발에 성공했다. 해당 고체전해질이 적용된 리튬이온 배터리는 이론상 배터리 용량을 25%까지 획기적으로 늘릴 수 있다.   SK온은 8월 31일 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구결과가 세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지 논문에 게재됐다고 밝혔다. SK온과 단국대 공동 연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다. SK온에 따르면 이 고체전해질은 리튬이온 전도도를 크게 높이고, 대기 안정성까지 확보했다. 리튬이온 전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도로 속도가 빠를수록 이차전지 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다. 양측 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 리튬-란타넘-지르코늄-산소(LLZO)의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온 전도도를 기존보다 70% 개선했다. 또 미세구조 제어 기술을 활용, 안전성을 높였다. SK온 관계자는 "고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이번 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다"고 설명했다. 산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적고 리튬 덴드라이트(충·방전 시 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양 결정체) 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다. 배터리 용량도 늘릴 수 있다. 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3볼트(V)지만 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것이 가능하다. 해당 고체전해질은 현재 니켈·코발트·망간(NCM) 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에도 차세대배터리로 꼽히는 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로 활용할 수 있다.  최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 ”이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것”이라며 “압도적인 미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다”고 말했다. 한편 SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체배터리를 개발하고 있다. 두 종류 모두 2026년 시제품 생산, 2028년 상용화를 목표로 하고 있다. kjh0109@fnnews.com 권준호 기자

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 이차전지연구단 박준호 박사팀이 전고체전지의 고체전해질을 싸고 빠르게 만드는 '간단 합성법'을 개발했다. 이 방법을 이용하면 원재료 비용의 95%를 차지하는 황화리튬은 물론 첨가제가 필요 없으며, 기존에 만드는 공정보다 절반 이상 시간을 단축할 수 있다.박준호 박사는 15일 "고체전해질에 들어가는 황화리튬이 ㎏당 1000만원이 넘는데, 이를 사용하지 않으면 재료비를 최대 25분의 1 수준으로 절감할 수 있다"고 말했다. 고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링 공정을 통한 '건식 합성법'과 용액의 화학 반응을 활용하는 '습식 합성법'이 있다. 연구진은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했다. 기존 습식 합성법에서는 황화리튬이 반응하지 않고 불순물로 남아 셀 성능을 떨어뜨리는 경우가 발생한다. 박준호 박사는 "황화리튬의 품질을 높이기 위한 합성연구를 진행하던 중 고체전해질을 위한 원소까지 추가 투입해 한번에 만들어 보니 고순도의 고체전해질이 만들어졌다"고 설명했다. 연구진이 개발한 간단 합성법은 기존 습식 공정 대비 황화리튬은 물론 어떠한 첨가제나 추가 공정 없이도 고순도의 고체전해질을 만들었다. 또 비용은 기존 황화리튬을 사용했던 재료비 대비 무려 25분의 1 수준으로 절감할 수 있다. 이와함께 제조 공정 시간도 줄었다. 현재 가장 많이 사용하는 건식 합성법은 2~3일 정도 걸리지만, 연구진의 합성법은 24시간 이내 정도로 단축했다. 박준호 박사는 "연구원에서 수년간 축적해 온 고체전해질 제조 노하우를 기반으로, 유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도의 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식을 찾았다"고 말했다. 또한 "전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 이슈를 모두 해결할 수 있을 것"이라고 전망했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 코스닥 나노기술 전문기업 석경에이티가 붕화물계인 ‘Boracite’ 결정구조를 갖는 새로운 리튬 이온 전도체 개발에 성공했다. 9일 금융투자업계에 따르면 석경에이티는 기존 리튬(Li) 이온 전도체 황화물계인 ‘Argyrodite’ 결정구조에 비해 전도성, 안전성, 경제성 등을 앞세워 해당 소재의 양산 준비에 본격적으로 나설 계획이다. 회사는 앞서 글로벌 화학 기업 및 국내외 이차전지 기업 등의 수요를 파악, 분석하고 새로운 전고체전지용 전해질 첨가물에 대한 연구를 꾸준히 진행해왔다. 석경에이티가 자체 기반 기술인 졸-겔(Sol-Gel) 기술을 응용해 개발한 ‘Boracite’ 결정구조는 기존 ‘황화물계 전해질’의 단점이었던 원료 취급 및 합성 과정에서 발생할 수 있는 황화수소 등 유해 화합물의 발생을 원천적으로 차단할 수 있다. 또 황화물계 원료 취급을 위한 특수 설비 장치 및 작업 공간 없이도 리튬 이온 전도도가 높은 전해질 합성을 할 수 있다는 강점이 있다. 회사에 따르면 황화물계 전해질 합성 시 공기중의 수분으로 발생되는 황화수소 등의 위험 요소를 해결하기 위한 대규모 설비 투자 이슈를 제거할 수 있고, 전해질 원료의 취급 용이성 및 공정 비용 절감, 저가 원료인 붕산염을 사용해 가격경쟁력도 가질 수 있을 전망이다. 특히 높은 리튬 이온 전도도를 나타내는 새로운 전해질 소재 시대를 전개할 기틀을 마련했다는 데 큰 의의를 두고 있다. 임형섭 석경에이티 대표는 “새롭게 개발한 Boracite 계열 전해질의 우수한 리튬 이온 전도 특성을 더 잘 끌어내기 위한 첨가제 등의 연구에 박차를 가하는 중”이라며 “20여년에 걸쳐 기반 기술로 발전시켜온 졸-겔(Sol-Gel) 기술을 활용해 고체전해질 시대를 앞당기는 역할을 해 나갈 것”이라고 포부를 밝혔다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스] 포스코그룹이 고체전해질 공장을 준공하고 차세대 이차전지 핵심 소재 선점에 나섰다. 포스코그룹은 28일 '포스코JK솔리드솔루션' 준공식을 개최했다고 밝혔다. 이날 행사에는 김병규 경상남도 경제부지사, 이종희 양산시의회 의장, 이정곤 양산시 부시장 및 포스코홀딩스 유병옥 친환경미래소재팀장(부사장), 이경섭 이차전지소재사업추진단장, 정관사 김태흥 사장 등이 참석했다. 포스코홀딩스 유병옥 친환경미래소재팀장은 축사를 통해 "고체전해질 사업은 포스코그룹의 대표적인 미래 소재사업"이라며 "포스코JK솔리드솔루션 공장 준공을 발판 삼아 글로벌 배터리 및 완성차 회사들을 대상으로 인증을 진행하고 생산규모를 수천t급으로 확대해 차세대 이차전지소재 시장을 선점하겠다"고 말했다. 포스코JK솔리드솔루션은 올해 2월 포스코홀딩스가 국내 최고 수준의 고체전해질 기술을 보유한 정관과 함께 설립한 합작법인이다. 이번 준공을 통해 연산 24t 규모 고체전해질 생산 능력을 갖추게 됐다. 고체전해질은 전고체 배터리에 사용되는 핵심 소재로 전지의 양극과 음극 사이에 있는 액체 전해질을 대체해 안전성을 확보하고 에너지 밀도를 높일 수 있다. 포스코그룹은 올해 고체전해질 생산법인 포스코JK솔리드솔루션 준공에 앞서 전고체배터리 업체 프롤로지움 지분 투자, 실리콘음극재 업체 테라테크노스 인수 등 차세대 이차전지소재 분야에 투자하고 있다.     yon@fnnews.com 홍요은 기자

[파이낸셜뉴스] 이수그룹 계열사 이수화학은 희성촉매와 전고체배터리 개발 상호협력을 위한 포괄적인 업무협약(MOU)을 체결했다고 18일 밝혔다. 양사가 고체전해질 품질과 스펙 확보를 위해 협력한다는 것이 주요 내용이다. 이수화학은 희성촉매에 전고체 배터리용 황화물계 고체전해질 원료인 황화리튬(Li2S)을 공급할 예정이다. 이번 협약은 지난 4월과 6월에 각각 에코프로비엠, 솔리드파워와 체결한 데 이어 올 들어 세 번째 황화리튬 관련 협약이다. 이수화학은 본 협약을 통해 황화리튬의 수요 및 잠재 고객을 확인했으며, 연이은 MOU 체결이 이수화학의 황화리튬 사업 추진에 힘을 실을 것으로 내다보고 있다. 희성촉매는 자동차 배기가스 정화용 촉매를 국내에서 최초로 생산한 기업이다. 최근에는 탄소중립 트렌드에 발맞춰 연료전지 시스템에 핵심부품으로 사용되는 전극촉매를 개발하는 등 친환경 관련 소재사업을 지속적으로 추진하고 있다. 이수화학은 국내에서 유일하게 황화리튬을 공급할 수 있는 기업이다. 이수화학은 지난해 말 '대한민국 산업기술 R&D 대전'에서 황화리튬 샘플을 공개한 것에 이어, 올 하반기 황화리튬을 시생산 하기 위한 데모 플랜트 준공을 목표로 하고 있다. 해당 설비를 통해 생산되는 황화리튬은 연간 20t 규모로 추산된다. 류승호 이수화학 대표이사는 “이번 MOU 체결이 전고체전지 양산을 위해 이수화학과 희성촉매가 윈윈(Win-Win) 할 수 있는 출발점이 되길 바란다”며 “고체전해질 품질 향상을 위해 상호협력하기로 한만큼, 양사의 기술력을 업그레이드할 수 있도록 적극 협력하겠다”고 밝혔다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자