네이처 커뮤니케이션스 SK온-연세대 전자전도성 고분자 소재 연구 논문 캡처. /이미지: SK온 제공

[대한경제=이계풍 기자] SK온은 연세대 정윤석·김정훈 교수팀과 실리콘 음극 전고체 배터리에 최적화된 신소재 바인더 ‘전자전도성 고분자(PPMA)’를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난해 12월 5일 게재됐다.

PPMA는 전도성과 접착력을 동시에 갖춘 소재로, 실리콘 음극 전고체 배터리의 구조적 불안정 문제를 해결한 것이 특징이다. SK온은 해당 바인더를 적용한 실리콘 음극 전고체 배터리를 상용화에 가까운 압력 조건에서 구동하는 데 성공했으며, 전기차 적용을 가정한 고에너지밀도 파우치형 셀에서도 수백 회 충·방전 이후 초기 성능을 안정적으로 유지했다고 설명했다.

실리콘 음극은 흑연 대비 이론적으로 약 10배의 용량을 갖지만 충·방전 과정에서 부피가 300% 이상 변하는 한계가 있다. 전고체 배터리는 고체 입자 간 접촉으로 전류가 흐르기 때문에, 기존 절연성 바인더(PVDF)는 사용량이 늘수록 전극 성능 저하를 초래해 왔다.

연구진은 저압 환경에서의 성능 저하 원인이 전자 이동에 있음을 규명하고, 전자 전도 경로를 형성하는 PPMA를 설계했다. 해당 소재는 물 기반 공정이 가능해 제조비용과 환경 부담을 낮추고, 요구 압력도 80% 이상 줄일 수 있다.

박기수 SK온 미래기술원장은 “산학 협력으로 전고체 배터리 분야에서 의미 있는 진전을 만들었다”고 밝혔다. SK온은 2025년 하반기 대전 미래기술원 내 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공했으며, 2029년 상용화를 목표로 개발을 이어가고 있다.

이계풍 기자 kplee@

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