[서울타임즈뉴스 = 최남주 기자] SK온이 신소재 개발을 통해 실리콘 음극 전고체 배터리 상용화의 최대 난제로 꼽혀 온 성능 저하 문제에 대한 해법을 제시했다. 지난 8일 서울대학교와 단결정 양극재 연구 성과를 공개한 데 이어 연세대학교와의 협업을 통해 실리콘 음극 분야에서도 의미 있는 연구 성과를 내놓으며 차세대 배터리 기술 리더십을 공고히 했다.

SK온은 연세대 정윤석·김정훈 교수 연구팀과 함께 실리콘 음극에 최적화된 신소재 바인더 ‘PPMA(전자전도성 고분자)’를 개발했다고 15일 밝혔다. PPMA는 전도성과 접착력을 동시에 확보한 소재로, 기존 실리콘 음극 전고체 배터리에서 반복적으로 발생했던 구조적 불안정 문제를 효과적으로 개선했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Nature Communications에 지난해 12월 5일 게재됐다. 심사위원들은 액체 전해질 배터리에서 활용이 제한됐던 전도성 고분자 바인더를 전고체 배터리 환경에서도 안정적으로 구현해 적용 범위를 확장했다는 점을 높이 평가했다.

SK온은 PPMA를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화에 근접한 압력 조건에서 구동하는 데 성공했다. 실험실 수준을 넘어 실제 전기차 적용을 가정한 고에너지밀도 파우치형 배터리로 성능을 검증했으며, 수백 회의 충·방전 이후에도 초기 용량을 안정적으로 유지했다.

실리콘 음극은 이론적으로 흑연 대비 약 10배에 달하는 저장 용량을 지니지만, 충·방전 과정에서 300% 이상 부피가 변하는 특성으로 인해 상용화가 쉽지 않았다. 이같은 팽창과 수축은 입자 간 접촉 손실과 내부 저항 증가로 이어져 수명과 효율 저하를 초래해 왔다.

연구진은 저압 환경에서의 성능 저하 원인이 리튬이온 전달보다 전극 내부의 전자 이동에 있음을 규명하고, 전극 전반에 안정적인 전자 이동 경로를 형성하는 PPMA를 설계했다. 이 신소재는 실리콘 입자 간 결합을 강화하는 동시에 공정을 단순화해 물 기반 제조가 가능하고, 필요 압력도 기존 대비 80% 이상 낮췄다.

박기수 SK온 미래기술원장은 “산학 협력을 통해 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 진전을 이뤘다”며 “학계와의 공동 연구를 확대해 차세대 배터리 기술 혁신 속도를 더욱 높이겠다”고 말했다. 한편 SK온은 2025년 하반기 대전 미래기술원에 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공하며, 2029년 상용화를 목표로 연구·개발에 속도를 내고 있다.