SK이노베이션, 노벨상 수상자와 리튬 메탈 배터리 공동개발

굿이너프 교수와 덴드라이트 현상 극복할 고체 전해질 개발

성능 뛰어난 리튬 메탈 배터리, 안전성 확보하면 차세대 배터리로 최적

SK이노베이션 연구원들이 배터리셀을 들어보이고 있다. ⓒSK이노베이션

SK이노베이션이 리튬이온 배터리 시대를 연 인물이자, 2019년 노벨화학상 수상자인 존 굿이너프 미 텍사스대학교 교수와 손잡고 차세대 배터리 기술 개발에 나선다. 굿이너프 교수는 지난해 노벨상 수상 당시 97세로 최고령 수상자로도 유명한 인물이다.

SK이노베이션은 굿이너프박사와 함께 차세대 배터리 중 하나로 높은 평가를 받고 있는 리튬 메탈(Lithium-Metal) 배터리를 구현하기 위한 ‘고체 전해질’ 연구를 진행한다고 30일 밝혔다.

리튬 메탈 배터리를 만들기 위해서는 덴드라이트(Dendrite) 현상을 해결해야 하는데, 존 굿이너프 교수와 공동개발하게 될 ‘고체 전해질’은 이 현상을 막을 방법으로 각광받고 있다. 레튬 메탈 배터리는 배터리의 4대 소재 중 하나인 음극재에 금속을 사용해 에너지 밀도를 크게 높인다.

덴드라이트 현상은 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 생기는 나뭇가지 모양의 결정체다. 배터리 성능을 떨어뜨릴 뿐 아니라 뾰족하게 쌓이면서 양극과 음극이 만나지 못하도록 하는 분리막을 찢어 화재나 폭발을 유발한다. 차세대 배터리를 만들기 위해서는 반드시 극복해야 할 문제다.

현재 액체상태인 전해질에서는 이온이 불균일하게 리튬금속과 접촉해 덴드라이트를 만든다. 반면 고체 전해질에서는 이온의 움직임을 통제하기가 쉬워져 덴드라이트를 막을 수 있게 된다.

현재 주류를 이루는 리튬이온배터리의 에너지 밀도는 800Wh/L가 한계치로 거론된다. 이에 반해 리튬 메탈 배터리는 에너지밀도를 1000Wh/L 이상으로 크게 높일 수 있다. 에너지 밀도가 높아지면 부피를 적게 차지한다. 따라서 전기차에 더 많은 배터리를 넣어 주행거리를 크게 늘리거나 차체를 가볍게 만들 수 있다.

굿이너프 교수는 “SK이노베이션과 함께 차세대 배터리 시대를 열 것으로 기대한다”고 말했다.

이성준 SK이노베이션 기술혁신연구원장은 “배터리 산업의 오늘을 만들어 준 굿이너프 교수와 혁신적인 차세대 리튬 메탈 배터리를 함께 개발하는 것은, SK이노베이션뿐 아니라 관련 산업에도 큰 도움이 될 것”이라며 “한국의 유력 배터리 기업과 미국의 세계 최고 석학이 함께하는 만큼 배터리 산업 발전에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다.