이석희 SK온 대표 “기술 혁신 통해 세상 바꿀 것”
■ 고려대 SK미래관서 CEO 특강… 조직개편 후 첫 행보 ‘기술 중심 경영’
■ “기술 경쟁력 확보 위해 사람과 연구에 대한 투자 아끼지 않을 것”
이석희 SK온 최고경영자(CEO)가 9일 고려대 특강에 나서 “SK온은 기술 혁신을 통해 세상을 바꾸겠다”라고 말했다. 지난 5일 기술 인재 배치를 중심으로 한 SK온의 임원 인사 이후 첫 공개 활동으로, 이 CEO의 기술 중심 경영 철학을 밝혔다.
이 CEO는 서울 성북구 고려대학교에서 ‘Envisioned Future, Together We Move Forward’(예정된 미래, 함께 나아가자)를 주제로 진행한 CEO 특강에서 이같이 말했다고 SK온이 10일 밝혔다. 강연에는 이차전지 관련 연구 교수진과 석∙박사 과정생 100여 명이 참석했다.
이날 특강은 SK미래관 최종현 홀에서 진행됐다. SK미래관은 SK그룹 등의 기부금으로 2019년 준공됐다. 이 CEO는 “새로운 미래 가치를 만들어가는 교육 혁신의 장인 SK미래관에서 기술 혁신을 통해 세상을 바꾸려는 SK온의 이야기를 할 수 있어 기쁘다”라고 말했다.
이 CEO는 “SK온은 에너지 밀도, 급속충전, 안전성 분야에서 세계 최고 수준의 기술력 개발, 매년 매출 2배 성장 등 최고의 기록을 달성해왔다”라며 “미래 성장 목표는 기술 혁신을 통해 전동화 시대를 가속화하는 것”이라고 밝혔다.
이어 “전동화의 핵심은 배터리 성능 개선”이라며 “배터리 산업은 기술 기반 제조업으로, 고객이 필요로 하는 제품과 기술을 확보하기 위한 R&D(연구∙개발)에 집중해야 한다. 이를 위해 사람과 연구에 대한 투자를 아끼지 않을 것”이라고 강조했다.
SK온은 지난 5일 임원 인사를 통해 피승호 SK실트론 제조/개발본부장을 제조총괄로 선임했다. 피 총괄은 SK하이닉스에서 플래시공정T팀장, 연구개발(R&D) 공정담당을 지낸 제조 전문가다.
이 CEO 역시 기술 전문가로서 SK하이닉스 CEO를 지낸 바 있다. 현대전자, 미국 인텔사에서 엔지니어로 근무한 뒤 2010년 카이스트 전기 및 전자 공학부 교수로 재직했다. 2018년 SK하이닉스 CEO에 이어 2023년부터 SK온 CEO로 재직하고 있다.
한편 SK온은 지난 7월 서울대학교를 시작으로 진행 중인 CEO 특강 등 우수 인재 확보에 적극 나서고 있다. 이외에 카이스트, UNIST, 성균관대, 한양대 등 배터리계약학과를 통해 석∙박사를 양성하고, 연세대∙한양대 공동연구센터를 통해 인재를 지원하고 있다. R&D 부문 인재는 상시 채용 중이다.
[사진설명] 이석희 SK온 최고경영자(CEO)가 9일 오후 서울 성북구 고려대학교 SK미래관 최종현 홀에서 CEO 특강을 진행하고 있다.
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SK에너지, ‘색으로 산업현장 안전수준 더욱 높인다’
■ SK에너지, 안전보건공단-(사)한국컬러유니버설디자인협회 공동 추진 ‘색으로 산재를 잡자’ 캠페인 참여
■ 산업현장 주요 시설에 디자인과 색을 입혀 안전사고 방지 위한 캠페인
■ SK에너지 관계자 “안전 디자인 영향 분석하며, SK이노베이션 울산Complex 전체로 확대할 것”
회색으로 인식되어온 공장에 다양한 색을 입혔다. 공장 외관을 시각적으로 보기 좋게 꾸민 것을 넘어 색을 사용해 안전문화 수준을 더욱 높이기 위함이다.
SK에너지가 안전보건공단, (사)한국컬러유니버설디자인협회와 함께 ‘색으로 산재를 잡자’ 캠페인을 추진 중이다.
‘색으로 산재를 잡자’ 캠페인은 산업현장의 위험요소를 찾고, 누구나 쉽게 인식할 수 있도록 색을 활용한 작업환경 개선을 목표로 올해부터 안전보건공단, (사)한국컬러유니버설디자인협회가 함께 추진해오고 있다.
캠페인은 산업현장의 위험구역, 안전구역, 비상구 등 주요 시설에 디자인과 색을 입혀 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다는 것이다. 이미 국내 몇몇 업체들이 이를 도입해 실효성이 입증된 바 있다.
SK에너지의 대표 생산현장인 SK이노베이션 울산Complex(이하 울산CLX)는 이에 따라 지난 9월부터 현장 구성원들 의견을 모으고 전문가 현장 진단을 통해 적용가능한 맞춤형 디자인을 개발해 11월부터 동력공장에 안전 디자인을 우선 적용했다.
울산CLX 동력공장은 정유∙석유화학 공장 운전에 필요한 스팀을 생산/공급하며, 고온∙고압으로 운전되고 배관 등 구조물이 많아 안전 디자인을 적용하기에 최적지이다. 울산CLX는 우선 동력공장 내 구성원 이동통로, 대피로, 계단, 경계석 등에 안전 디자인을 적용했다.
SK에너지 관계자는 “250만평에 달하는 부지에 100여개의 크고 작은 공장이 있는 울산CLX에서 구성원 안전은 최우선 과제”라면서 “이번에 설치한 안전 디자인의 영향을 분석하며 앞으로도 지속 가능한 안전문화를 구축하기 위해 울산CLX 전체로 이를 확대할 계획”이라고 밝혔다.
실제 안전 디자인이 적용된 후 현장에서는 “위험 요소가 한번에 분별된다”, “안전장구를 자동적으로 착용하게 된다”, “어두운 느낌의 공장이 밝게 보여 좋다”는 등의 긍정적 의견이 나오고 있다.
안전보건공단 관계자는 “안전사고 예방은 근로자의 생명과 직결된 중요한 과제”라며, “이번 캠페인을 통해 작업환경 개선의 중요성을 널리 알리고, 근로자가 안심하고 일할 수 있는 환경을 만들어가겠다”고 전했다.
[사진설명]
(사진1) SK이노베이션 울산Complex 안전 디자인(1)
(사진2) SK이노베이션 울산Complex 안전 디자인(2)
(사진3) SK이노베이션 울산Complex 안전 디자인(3)
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세계 퍼즐블록 속 SK이노베이션 ‘에너지 블록’을 찾아라
■ SK이노베이션, 합병 한 달 맞아 퍼즐블록으로 에너지 사업 그린 기업 광고 선보여
■ SK이노베이션 에너지 사업 블록 굿즈 증정하는 온라인 경품 이벤트 진행
SK이노베이션이 합병법인 출범 한 달을 맞아 아시아·태평양 지역 민간 최대 에너지 기업으로서의 비전을 고객과 나누는 광고 캠페인 및 경품 증정 이벤트를 진행한다.
SK이노베이션은 9일 자산 100조원 규모의 에너지 회사로 석유, 액화천연가스(LNG), 배터리, 소형모듈원자로(SMR) 등 에너지 사업을 세계 곳곳에서 벌여 더 큰 도약에 나서겠다는 의지를 담은 기업광고 ‘에너지를 찾아라’를 선보였다.
이번 광고는 지난달 SK E&S와의 합병법인 출범 직후 전 세계를 SK이노베이션의 에너지로 채우겠다는 ‘대한민국의 에너지로 채우다’ 광고 후속편으로, 세계 5대양 6대주와 그 속에 펼쳐질 SK이노베이션의 주요 에너지 사업들을 퍼즐블록으로 형상화했다.
광고 공개와 함께 경품 이벤트도 진행된다. 광고 이미지의 QR코드로 경품 이벤트 웹페이지에 접속해 세계 퍼즐블록 속에 숨겨진 SK이노베이션 에너지 사업 블록 10개를 찾은 고객들에게 추첨을 거쳐 경품을 제공한다.
경품은 △주유소와 전기차 충전 △원유와 가스 해양시추 △수소 기지와 운반 등 SK이노베이션의 주요 에너지 사업을 조립할 수 있는 세 가지 블록 굿즈로, 당첨자에게는 이중 한 가지를 증정한다. 응모 기간은 9일부터 오는 26일까지이며 내년 1월 8일 당첨자 5000명을 선정해 발표한다.
SK이노베이션 관계자는 “자산 100조원 규모의 종합 에너지 기업으로 거듭난 SK이노베이션이 지구 곳곳에서 그려갈 에너지 사업 비전을 고객과 함께 나누기 위해 기업 광고와 경품 이벤트를 마련했다”고 밝혔다.
[사진설명]
(사진1, 2) SK이노베이션이 9일 기업광고 ‘에너지를 찾아라’ 공개와 함께 26일까지 진행하는 이벤트 경품 ‘블록 굿즈’ 3종
(사진3) SK이노베이션이 9일 공개한 기업광고 ‘에너지를 찾아라’
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SK이노베이션, 교육소외 아동 위해 도서관 15곳 연다
■ 8일 전북 고창 아동센터서 첫 도서관 열어… 연말까지 농어촌 15곳서 개관
■ 정재승 카이스트 교수, 개관 특강서 “도서관은 아이들의 꿈이 자라는 공간”
■ SK이노베이션 임직원 기금 활용해 도서관 사업 펼쳐… ”기업의 사회적 책임 다할 것”
SK이노베이션이 지리적 여건으로 교육 사각지대에 놓인 농어촌 아이들을 위해 전국 15곳에 도서관을 짓는다.
SK이노베이션은 지난 8일 전북 고창의 ‘열린지역아동센터’에서 ‘행복Dream 도서관’을 개관했다고 9일 밝혔다.
앞서 SK이노베이션은 지난 9월부터 도서관과 서점이 턱없이 부족한 농어촌 지역의 교육격차 해소를 위해 행복Dream 도서관 사업을 벌여왔다. SK이노베이션과 세이브더칠드런은 이번 고창 도서관 개관을 시작으로 오는 연말까지 충북 옥천, 경북 예천 등 전국 읍면 소재지 총 15곳에서 아이들을 위한 도서관을 연다.
이 도서관에는 그동안 교보문고가 캠페인을 통해 기부받은 어린이책과 SK이노베이션 임직원이 기부한 도서 등 총 6000여권이 나눠 소장된다. 또 전문 강사의 독서 프로그램운영, 대형 도서관 체험 활동 등을 통해 아이들이 독서에 흥미를 가질 수 있는 환경을 만든다.
SK이노베이션 관계자는 “구성원들이 자발적으로 조성한 기금에서 2억원을 들여 도서관 사업을 벌였다”면서 “농어촌 지역 아이들이 방과 후에도 마음껏 책을 읽고 공부할 수 있는 교육환경을 만들게 돼 기쁘다”고 말했다.
이날 고창 도서관 개소식에는 세이브더칠드런 앰버서더인 정재승 카이스트 뇌인지과학과 교수가 참여해 특강을 했다. 정 교수는 “교육과 문화 혜택으로부터 소외된 지역에서 아이들의 성장에 필요한 공간을 지원하는데 함께하게 돼 기쁘다”며 “이 행복Dream도서관은 아이들의 꿈이 자라는 공간이 될 것”이라고 말했다.
SK이노베이션은 임직원들이 2017년부터 자발적으로 기본급 1%를 모아 조성한 ‘행복나눔기금’으로 이번 도서관 사업을 진행했다. 행복나눔기금 누적 모금액은 올 상반기에 200억원을 넘어섰다. 기금은 도서관 사업 외에도 난치병 아동 치료비 지원, 장애인 의수족 지원, 독거노인 결연사업 등 사회문제 해결을 위한 다양한 프로그램에 쓰이고 있다.
SK이노베이션은 “앞으로도 지역사회와의 상생, 사회문제 해결, 소외계층을 위한 돌봄 활동 등 사회적 책임을 다해 나가겠다”고 말했다.
[사진설명] (왼쪽부터) 김희권 세이브더칠드런 ESG사업부문장, 엄상홍 SK이노베이션 CSR팀장, 유현주 열린지역아동센터장, 정재승 카이스트 뇌인지과학과 교수가 8일 전라북도 고창의 열린지역아동센터에서 열린 '행복Dream 도서관' 개관식을 갖고 기념촬영을 하고 있다.
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SK온, 품질경영 업그레이드… 국제적 신뢰성 확보 - KOLAS 국제공인교정기관 인정 갱신
■ 품질 측정 역량 정확도·신뢰성 높게 평가받아… 글로벌 스탠다드 충족
■ 독자 운영으로 시간, 비용 등 효율성 제고 효과 기대
SK온이 최고 수준의 품질경영 역량을 재차 입증했다. 국제 표준에 부합하는 품질 교정 및 측정 역량을 선제적으로 육성해 온 성과다.
SK온은 자사 품질본부가 산업통상자원부 국가기술표준원 산하 한국인정기구(KOLAS)로부터 교정* 역량이 보다 강화된 국제공인교정기관으로서 인정을 획득했다고 8일 밝혔다.
*교정 : 측정 장비의 정확도를 보증하기 위해 측정 값을 표준 값에 맞게 조정, 확인하는 것
SK온은 4년 전 최초 인정 획득 이후 금번 실시된 첫 갱신 심사에서 우수 품질 검증 역량을 다시 한 번 입증했다. 이번에 SK온이 인정받은 국제공인교정기관은 측정 장비의 정확도와 신뢰성을 보장하기 위해 국제 표준에 따라 교정서비스를 제공할 수 있다.
한국인정기구(KOLAS)는 국제 기준에 부합하는 인정 제도를 확립해 제품, 서비스 등의 안전과 품질을 평가하는 시험·검사·교정 기관들을 공인하고 있다.
이번 인정 획득에 따라 SK온은 충·방전기, 온도 및 온습도 챔버와 같은 자사 배터리 셀 품질 평가 장비들이 전압, 전류, 온도, 습도 등 4대 항목에 대해 정확한 측정 값을 갖는다는 점을 높게 평가받았다.
특히 각 교정항목별 인정 범위**가 확대됐다. ▲전압, ±0.1볼트~±1000볼트 ▲전류, ±0.1암페어~±1000암페어 ▲온도, 영하 40도~영상 200도 ▲습도, 50%~95% 등의 범위가 해당된다.
이로써 SK온은 영상 200도 고온 환경 등 극악의 조건에서도 보다 정확하게 배터리 셀 품질을 평가할 수 있게 됐다. SK온이 국제 표준에 의거해 배터리 품질경영 체계를 강화해 온 결과다.
SK온은 독자 공인교정기관을 운영하는 만큼 외부기관을 활용할 때보다 비용 및 시간 절감 등의 효율성을 제고할 수 있다. 통상 배터리 제조기업들은 자사 배터리 평가 장비가 균일한 성능을 유지하도록 매년 외부 공인교정기관으로부터 검증을 받아야 한다.
SK온은 지난 2017년부터 품질 교정 및 측정 역량을 선제적으로 키워왔다. 구체적으로 SK온은 품질 교정전문인력을 양성하고, 평가 장비들이 정확한 측정 값을 표출하도록 관리 노하우를 쌓아왔다. 현재 SK온이 자체 발행하는 교정성적서는 전 세계 65개국 74개 인정기구로부터 국제 공인성을 보장받고 있다.
예필수 SK온 품질 담당은 “SK온은 이번 인정 획득과 인정 범주 확대로 국제적으로 더욱 신뢰할 수 있는 배터리 품질보증 프로세스를 갖추게 됐다”며 “앞으로도 SK온은 안전성 등 배터리 품질을 강화하고, 이에 기반이 되는 품질경영체계 또한 지속 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.
[참고] SK온 품질본부(국제공인교정기관) 인정 범위
항목
현재
기존
직류전압
±0.1볼트(V)~±1000볼트(V)
0.1볼트(V)~600볼트(V)
직류전류
±0.1암페어(A)~±1000암페어(A)
100암페어(A)~1000암페어(A)
온도
-40도(℃)~200도(℃)
-40도(℃)~100도(℃)
습도
50%~95% / -40도(℃)~150도(℃)
50%~95% / 20도(℃)~25도(℃)
[사진설명] 예필수 SK온 품질본부장(왼쪽 네 번째)과 김명훈 SK온 개발품질실장(세 번째) 등 SK온 관계자들이 6일 한국인정기구(KOLAS)로부터 국제공인교정기관으로 인정을 획득한 뒤 SK온 대전 품질본부에서 기념 촬영을 했다.
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이석희 SK온 대표 “기술 혁신 통해 세상 바꿀 것”
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SK에너지, ‘색으로 산업현장 안전수준 더욱 높인다’
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SK온, 품질경영 업그레이드… 국제적 신뢰성 확보 - KOLAS 국제공인교정기관 인정 갱신
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[전지적 배터리 시점] ④ “Better than Battery” - 차세대 배터리를 찾아서
배터리는 단순히 에너지를 저장하는 장치를 넘어 지속가능성과 효율성, 그리고 기술의 진보를 이끄는 원동력으로 자리잡았다. 하지만 여기서 멈출 수는 없다. 더 빠르게 충전되고, 더 오래 지속되며, 더 가볍고 안전한 배터리가 필요하다. 차세대 배터리는 우리의 상상을 현실로 만드는 핵심 역할을 할 것이다. 전기차로 시작된 모빌리티 혁명은 이제 도심항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 등으로 확장되면서, 더 빠르고 안전한 교통수단을 필요로 한다. 이는 기술의 진보만을 의미하는 것이 아닌, 우리 삶의 방식을 근본적으로 바꾸는 도전이다. | 액체 전해질의 단점을 보완하는 꿈의 배터리, 전고체 배터리 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리는 여러 장점에도 불구하고 몇 가지 한계점을 갖는다. 그중 하나가 ‘액체 전해질’이며, 이것은 온도 변화에 민감해 부피가 변하고 외부 충격에 의해 누액(漏液)이 발생할 가능성이 있다. 이러한 문제는 배터리의 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 이를 해결하기 위해 업계는 액체 전해질을 고체로 대체하는 연구를 활발히 진행 중이다. ‘전고체 배터리’는 이름 그대로 배터리의 전체 구성 요소를 고체로 대체한 기술이다. 이는 온도 변화와 외부 충격에 강하며 안정성과 내구성을 크게 향상시킨다. 또한, 에너지밀도를 높일 수 있어 더 긴 주행거리를 달성할 수 있다. 전고체 배터리의 장점은 크게 네 가지로 꼽을 수 있다. 첫째, 안전성이다. 고체 전해질은 폭발 위험과 누액으로 인한 화재 등을 원천적으로 차단할 수 있다. 둘째, 높은 에너지밀도다. 기존 배터리는 양극과 음극이 서로 닿지 않도록 하기 위한 분리막이 필요했지만, 전고체 배터리는 고체 전해질이 분리막 역할도 겸하기 때문에 공간이 절약된다. 이 공간에 더 많은 활물질을 채워 넣어 같은 크기의 배터리로 더 오래 주행할 수 있다. 셋째, 광범위한 작동 온도 범위다. 리튬이온 배터리는 영하 10℃ 이하에서는 이온전도도(1)가 감소해 성능이 저하되고, 고온에서는 열폭주 가능성이 커진다. 반면, 전고체 배터리는 영하 40℃에서 100℃까지 안정적으로 작동해 활용 범위가 훨씬 넓다. (1) 이온전도도(Ionic conductivity): 물질의 이온전도 경향을 나타내는 척도. 수치가 클수록 전해질에서 이온이 움직이기 용이함 마지막으로 높은 출력이다. 전고체 배터리는 바이폴라(Bipolar) 전극 구조 구현이 가능해 셀 내부에 여러 개의 전극을 쌓아 전압을 높일 수 있어 출력이 강하다. 이러한 특성으로 자동차뿐만 아니라 산업용 기계, 기차, 항공기, 우주 탐사 장비 등 고(高)에너지가 필요한 분야에도 적용할 수 있다. 그러나 이를 실현하기 위해서는 여전히 많은 기술적 도전과제가 존재한다. 고체 전해질의 전하 이동 속도 저하와 덴드라이트(2) 현상 등은 배터리 업계가 해결해야 할 주요 과제다. 이러한 기술 장벽을 극복하기 위해 고체 전해질에 관한 다양한 연구가 진행 중이며, 그중 고분자계(폴리머계)와 산화물계, 황화물계가 주요 연구 대상으로 활발히 개발되고 있다. (2) 덴드라이트(Dendrite): 충∙방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체. 배터리의 수명과 안전성을 저하시키는 원인 중 하나다. 먼저 고분자계 전해질은 기존의 액체 전해질과 유사한 특성을 가져 공정 설계가 용이하고 제조 비용이 합리적이다. 또한 다양한 형태로 가공할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 낮은 이온 전도성으로 인해 전기차 배터리로 사용하기에는 출력에 한계가 있다. 산화물계 전해질은 비교적 높은 이온 전도성을 제공하며, 다양한 물질과의 화학적 안전성이 강점이다. 하지만 공정 온도가 1,000℃를 초과해야 하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이를 보완하기 위해 고분자계와 산화물계를 결합한 하이브리드 전해질 개발이 진행 중이다. 마지막으로 황화물계 전해질은 높은 이온 전도성과 에너지밀도를 제공해 전고체 배터리 연구에서 가장 오랜 역사를 지닌다. 그러나 최근에는 수분과 반응 시 유독성 기체인 황화수소(H₂S ) 가스를 발생시키는 안전성 문제 및 기존 공정과의 비호환성 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구 개발이 활발히 진행 중이다. ☝️ 고체 전해질용 소재 혁신을 향한 도전 전고체 배터리의 기술적 장벽은 여전히 높지만, SK온은 지속적인 연구개발 및 글로벌 협력으로 그 벽을 허물고 있다. SK온은 고분자-산화물 복합계, 황화물계 이렇게 두 종류의 전고체 배터리를 동시에 개발하며, 차세대 배터리 시장에 능동적으로 대응 중이다. 각각 2025년, 2026년 파일럿(Pilot) 시제품을 생산하고 2028년, 2029년에는 상용화를 위한 시제품을 생산한다는 목표다. 지난해 8월, SK온은 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 협력해 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체 전해질 공동 개발에 성공했다. 이 전해질은 리튬이온전도도를 높이는 동시에 대기 안정성을 갖춘 것이 특징이다. 특히 LLZO(3)의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술을 통해 리튬이온전도도가 높아지면 발생하는 안정성 문제를 해결하고 기존 고체 전해질이 수분(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)에 취약했던 문제를 개선했다. (3) LLZO(Li-La-Zr-O): 리튬-란타넘-지르코늄-산소 황화물계 전해질 개발에 있어서도 글로벌 협력을 강화 중이다. 올해 1월, SK온은 미국의 전고체 배터리 전문기업 솔리드파워(Solid Power)와 기술이전 협약을 체결하고 전고체 배터리 개발 속도를 높이고 있다. 전고체 배터리의 수명과 에너지밀도 등 핵심 성능을 개선하기 위한 협업을 추진 중인 것이다. ✌️ 음극재 소재의 혁신, 흑연에서 리튬메탈로! 현재 대부분의 배터리는 음극재로 흑연을 사용한다. 리튬메탈 배터리는 기존의 액체 전해질 대신 고체 전해질을, 음극재로는 흑연 대신 리튬메탈을 적용하는 방식이다. 이 기술은 에너지밀도를 크게 높이고, 리튬이온 이동 효율을 극대화함으로써, 전기차의 주행거리와 충전 속도를 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 리튬메탈 배터리의 상용화까지는 아직 해결해야 할 기술적 과제가 남아 있다. 순수 리튬 금속은 전해질과 과도하게 반응하거나, 충전 시 표면에 불규칙하게 형성되는 덴드라이트 현상이 발생할 수 있기 때문이다. SK온은 이러한 문제를 보완할 수 있는 고분자 전해질 SIPE(Single-ion conducting polymer electrolyte)를 개발했다. SIPE는 기존 고분자 전해질에 비해 상온이온전도도가 약 10배 높고, 리튬이온 운반율(4)도 5배가량 향상된 것이 특징이다. 이를 통해 안정적인 SEI층(5)을 형성해 리튬메탈과 고분자 전해질의 안정적인 계면을 유지(덴드라이트 형성 최소화)하며, 상온에서도 견고한 수명 특성 및 고속 충∙방전 시에도 초기 용량의 약 77%를 유지한다. 또한, SIPE는 높은 기계적 내구성을 바탕으로 대량생산이 가능하고, 250℃ 이상의 고온에서도 안정성을 유지해 다양한 응용 가능성을 가진 전해질로 평가받는다. (4) 운반율(Transference number): 전하 입자가 전기를 나르는 분담의 비율. 리튬이온 운반율 수치가 높을수록 리튬 양이온 이동량이 증가 (5) SEI(Solid Electrolyte Interphase): 배터리 최초 충전 시 음극재 표면에 생기는 얇은 막 | 소금으로 배터리를 만든다?! 소듐이온 배터리의 등장 리튬보다 지구상에 500배나 많은 소듐(Sodium, 나트륨)을 활용한 ‘소듐이온 배터리(Sodium-ion battery)’도 최근 주목받고 있다. 리튬은 매장량이 한정적이고 일부 국가에 편중된 반면, 소듐은 바닷속에 풍부하게 존재하는 물질로 전 세계 어디서나 생산할 수 있다. 그렇다면 왜 소듐이온 배터리는 그동안 상용화되지 못했을까? 소듐은 리튬 원자보다 크고 무거워, 같은 크기의 배터리라도 에너지밀도가 낮아지고 무게는 더 많이 나가기 때문이다. 이러한 단점을 보완하고자 최근에는 소듐과 리튬인산철(LFP)을 결합해 두 종류의 배터리를 하나의 팩에 조립하는 방식이 개발되고 있다. 이는 서로가 지닌 단점을 상호 보완하는 구조라 할 수 있다. 이러한 노력에도 불구하고, 소듐이온 배터리는 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리와 비교해 에너지밀도가 약 40~50% 수준에 불과하다. 이로 인해 전기차와 같은 고밀도 에너지가 요구되는 분야에는 적합하지 않다는 한계가 여전히 존재한다. | 코발트 프리 배터리, 지속가능성에 답하다 코발트는 양극재의 부식을 방지하고 폭발 위험을 제어하는 데 중요한 역할을 한다. 하지만 최근 들어 코발트 수급이 점점 더 어려워지고 가격이 급등하면서 문제로 떠오르고 있다. 더욱이 전 세계 매장량의 약 80%가 콩고민주공화국에 집중돼 있어 공급 안정성에도 심각한 위협이 따른다. 이러한 상황 속에서 배터리 업계는 삼원계 배터리의 양극재에 쓰이는 코발트를 대체할 유력한 후보로 망간(Mn) 또는 니켈(Ni)의 비중을 높인 코발트 프리(Co-Free) 배터리를 개발 중이다. 특히, 리튬과 망간의 비중을 크게 높인 하이망간(High-Mn) 혹은 망간리치(Mn-Rich) 배터리가 코발트 프리 배터리의 대표 기술로 주목받는다. 망간은 코발트처럼 배터리의 안정성을 높여 폭발 위험을 줄이는 동시에 가격 경쟁력에서도 큰 장점을 가진다. 코발트 가격의 약 5% 수준에 불과한 망간을 활용하면, 배터리 생산 원가를 크게 절감할 수 있다. 전기차 가격의 약 40%를 배터리가 차지한다는 점을 고려할 때, 하이망간 배터리는 전기차 대중화의 핵심 열쇠로 작용할 가능성이 높다. 게다가 에너지밀도도 준수해 상용화 시 저가 전기차 시장에서 게임체인저가 될 것이라는 기대도 받고 있다. SK온은 코발트 프리 배터리 기술로 2024년 에디슨 어워즈(2024 Edison Awards) ‘스마트 트랜스포테이션(Smart Transportation)’ 부문에서 동상을 수상하며 기술력을 인정받은 바 있다. 코발트가 없는 배터리에서 발생할 수 있는 구조적 불안정성과 수명 저하 문제를 SK온은 단결정 양극재와 독자적 도핑 기술로 해결해 높은 평가를 받은 것이다. 이와 더불어 인터배터리 2023에서 코발트 프리 배터리 시제품을 공개, 업계의 주목을 받기도 했다. ☝️ 리튬황배터리, 시장의 뜨거운 관심을 받다! 리튬황배터리는 리튬메탈 배터리와 함께 상용화 가능성이 높은 차세대 배터리로 주목받고 있다. 리튬황배터리는 양극재로 황(Sulfur), 음극재로 리튬메탈을 사용하는데, 황은 지구에서 17번째로 풍부한 원소로 값비싼 코발트의 대체재로 사용 가능해 제조 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 황과 리튬메탈은 밀도가 낮고 무게당 용량이 커 ‘이론적으로는’ 기존 리튬이온 배터리보다 최대 5배 높은 에너지밀도를 갖는다. 하지만 해결해야 할 난제가 아직 남아있긴 하다. 리튬과 황이 결합하면서 생성되는 황화리튬(리튬폴리설파이드, Lithium Polysulfides)이 전해질에 녹아 배터리 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 수명을 단축시키기 때문이다. ✌️ 공기로 움직이는 배터리가 있다?! 리튬-공기 배터리 환경을 생각한 배터리 기술도 주목받고 있다. 리튬-공기 배터리는 이름 그대로 공기 중에 널리 퍼진 산소를 활용하는 배터리다. 이 배터리는 양극 물질로 산소, 음극 물질로 리튬메탈을 사용해 그 어떤 배터리보다 가볍고 부피가 작다. 특히, 현재 알려진 것 중 가장 높은 에너지밀도를 자랑해 차세대 배터리의 ‘루키’로 떠오르고 있다. 그러나 리튬-공기 배터리는 양극이 기체, 전해질이 액체, 음극이 고체로 구성돼, 충∙방전이 원활히 이뤄지려면 추가적인 연구가 불가피하다. 비행기, 컴퓨터, 스마트폰과 같이 과거 공상과학소설 속에서나 등장했던 것들이 우리의 일상에 자리잡은 것처럼 기술의 진보는 언제나 우리가 상상한 것보다 더 빨리, 더 놀랍게 찾아온다. 차세대 배터리를 찾기 위한 인류의 노력도 같은 결과를 가져오지 않을까? 더 빠르고, 더 안전하며, 더 오래가는 배터리 찾기는 계속된다. ■ 관련 글 - ① 일상을 차지(Charge)해 온 ‘전지’의 역사 – 과거의 꿈을 실현시키다! - ② 2차전지 성능을 좌우하는 ‘네 가지 속사정’ 파헤치기 - ③ “네가 왜 여기서 나와~♪♬” 2차전지의 용도와 형태… 그 무한한 확장가능성 - SK온, 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 개발 - SK온, 2024 ‘에디슨 어워즈’ 동상 - SK온, 美 솔리드파워와 협력 강화… 전고체 배터리 개발 가속 - SK온, 세계 최고 리튬이온전도도 新고체전해질 개발 성공
2024년 12월 12일
[전지적 배터리 시점] ④ “Better than Battery” - 차세대 배터리를 찾아서
배터리는 단순히 에너지를 저장하는 장치를 넘어 지속가능성과 효율성, 그리고 기술의 진보를 이끄는 원동력으로 자리잡았다. 하지만 여기서 멈출 수는 없다. 더 빠르게 충전되고, 더 오래 지속되며, 더 가볍고 안전한 배터리가 필요하다. 차세대 배터리는 우리의 상상을 현실로 만드는 핵심 역할을 할 것이다. 전기차로 시작된 모빌리티 혁명은 이제 도심항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 등으로 확장되면서, 더 빠르고 안전한 교통수단을 필요로 한다. 이는 기술의 진보만을 의미하는 것이 아닌, 우리 삶의 방식을 근본적으로 바꾸는 도전이다. | 액체 전해질의 단점을 보완하는 꿈의 배터리, 전고체 배터리 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리는 여러 장점에도 불구하고 몇 가지 한계점을 갖는다. 그중 하나가 ‘액체 전해질’이며, 이것은 온도 변화에 민감해 부피가 변하고 외부 충격에 의해 누액(漏液)이 발생할 가능성이 있다. 이러한 문제는 배터리의 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 이를 해결하기 위해 업계는 액체 전해질을 고체로 대체하는 연구를 활발히 진행 중이다. ‘전고체 배터리’는 이름 그대로 배터리의 전체 구성 요소를 고체로 대체한 기술이다. 이는 온도 변화와 외부 충격에 강하며 안정성과 내구성을 크게 향상시킨다. 또한, 에너지밀도를 높일 수 있어 더 긴 주행거리를 달성할 수 있다. 전고체 배터리의 장점은 크게 네 가지로 꼽을 수 있다. 첫째, 안전성이다. 고체 전해질은 폭발 위험과 누액으로 인한 화재 등을 원천적으로 차단할 수 있다. 둘째, 높은 에너지밀도다. 기존 배터리는 양극과 음극이 서로 닿지 않도록 하기 위한 분리막이 필요했지만, 전고체 배터리는 고체 전해질이 분리막 역할도 겸하기 때문에 공간이 절약된다. 이 공간에 더 많은 활물질을 채워 넣어 같은 크기의 배터리로 더 오래 주행할 수 있다. 셋째, 광범위한 작동 온도 범위다. 리튬이온 배터리는 영하 10℃ 이하에서는 이온전도도(1)가 감소해 성능이 저하되고, 고온에서는 열폭주 가능성이 커진다. 반면, 전고체 배터리는 영하 40℃에서 100℃까지 안정적으로 작동해 활용 범위가 훨씬 넓다. (1) 이온전도도(Ionic conductivity): 물질의 이온전도 경향을 나타내는 척도. 수치가 클수록 전해질에서 이온이 움직이기 용이함 마지막으로 높은 출력이다. 전고체 배터리는 바이폴라(Bipolar) 전극 구조 구현이 가능해 셀 내부에 여러 개의 전극을 쌓아 전압을 높일 수 있어 출력이 강하다. 이러한 특성으로 자동차뿐만 아니라 산업용 기계, 기차, 항공기, 우주 탐사 장비 등 고(高)에너지가 필요한 분야에도 적용할 수 있다. 그러나 이를 실현하기 위해서는 여전히 많은 기술적 도전과제가 존재한다. 고체 전해질의 전하 이동 속도 저하와 덴드라이트(2) 현상 등은 배터리 업계가 해결해야 할 주요 과제다. 이러한 기술 장벽을 극복하기 위해 고체 전해질에 관한 다양한 연구가 진행 중이며, 그중 고분자계(폴리머계)와 산화물계, 황화물계가 주요 연구 대상으로 활발히 개발되고 있다. (2) 덴드라이트(Dendrite): 충∙방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체. 배터리의 수명과 안전성을 저하시키는 원인 중 하나다. 먼저 고분자계 전해질은 기존의 액체 전해질과 유사한 특성을 가져 공정 설계가 용이하고 제조 비용이 합리적이다. 또한 다양한 형태로 가공할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 낮은 이온 전도성으로 인해 전기차 배터리로 사용하기에는 출력에 한계가 있다. 산화물계 전해질은 비교적 높은 이온 전도성을 제공하며, 다양한 물질과의 화학적 안전성이 강점이다. 하지만 공정 온도가 1,000℃를 초과해야 하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이를 보완하기 위해 고분자계와 산화물계를 결합한 하이브리드 전해질 개발이 진행 중이다. 마지막으로 황화물계 전해질은 높은 이온 전도성과 에너지밀도를 제공해 전고체 배터리 연구에서 가장 오랜 역사를 지닌다. 그러나 최근에는 수분과 반응 시 유독성 기체인 황화수소(H₂S ) 가스를 발생시키는 안전성 문제 및 기존 공정과의 비호환성 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구 개발이 활발히 진행 중이다. ☝️ 고체 전해질용 소재 혁신을 향한 도전 전고체 배터리의 기술적 장벽은 여전히 높지만, SK온은 지속적인 연구개발 및 글로벌 협력으로 그 벽을 허물고 있다. SK온은 고분자-산화물 복합계, 황화물계 이렇게 두 종류의 전고체 배터리를 동시에 개발하며, 차세대 배터리 시장에 능동적으로 대응 중이다. 각각 2025년, 2026년 파일럿(Pilot) 시제품을 생산하고 2028년, 2029년에는 상용화를 위한 시제품을 생산한다는 목표다. 지난해 8월, SK온은 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 협력해 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체 전해질 공동 개발에 성공했다. 이 전해질은 리튬이온전도도를 높이는 동시에 대기 안정성을 갖춘 것이 특징이다. 특히 LLZO(3)의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술을 통해 리튬이온전도도가 높아지면 발생하는 안정성 문제를 해결하고 기존 고체 전해질이 수분(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)에 취약했던 문제를 개선했다. (3) LLZO(Li-La-Zr-O): 리튬-란타넘-지르코늄-산소 황화물계 전해질 개발에 있어서도 글로벌 협력을 강화 중이다. 올해 1월, SK온은 미국의 전고체 배터리 전문기업 솔리드파워(Solid Power)와 기술이전 협약을 체결하고 전고체 배터리 개발 속도를 높이고 있다. 전고체 배터리의 수명과 에너지밀도 등 핵심 성능을 개선하기 위한 협업을 추진 중인 것이다. ✌️ 음극재 소재의 혁신, 흑연에서 리튬메탈로! 현재 대부분의 배터리는 음극재로 흑연을 사용한다. 리튬메탈 배터리는 기존의 액체 전해질 대신 고체 전해질을, 음극재로는 흑연 대신 리튬메탈을 적용하는 방식이다. 이 기술은 에너지밀도를 크게 높이고, 리튬이온 이동 효율을 극대화함으로써, 전기차의 주행거리와 충전 속도를 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 리튬메탈 배터리의 상용화까지는 아직 해결해야 할 기술적 과제가 남아 있다. 순수 리튬 금속은 전해질과 과도하게 반응하거나, 충전 시 표면에 불규칙하게 형성되는 덴드라이트 현상이 발생할 수 있기 때문이다. SK온은 이러한 문제를 보완할 수 있는 고분자 전해질 SIPE(Single-ion conducting polymer electrolyte)를 개발했다. SIPE는 기존 고분자 전해질에 비해 상온이온전도도가 약 10배 높고, 리튬이온 운반율(4)도 5배가량 향상된 것이 특징이다. 이를 통해 안정적인 SEI층(5)을 형성해 리튬메탈과 고분자 전해질의 안정적인 계면을 유지(덴드라이트 형성 최소화)하며, 상온에서도 견고한 수명 특성 및 고속 충∙방전 시에도 초기 용량의 약 77%를 유지한다. 또한, SIPE는 높은 기계적 내구성을 바탕으로 대량생산이 가능하고, 250℃ 이상의 고온에서도 안정성을 유지해 다양한 응용 가능성을 가진 전해질로 평가받는다. (4) 운반율(Transference number): 전하 입자가 전기를 나르는 분담의 비율. 리튬이온 운반율 수치가 높을수록 리튬 양이온 이동량이 증가 (5) SEI(Solid Electrolyte Interphase): 배터리 최초 충전 시 음극재 표면에 생기는 얇은 막 | 소금으로 배터리를 만든다?! 소듐이온 배터리의 등장 리튬보다 지구상에 500배나 많은 소듐(Sodium, 나트륨)을 활용한 ‘소듐이온 배터리(Sodium-ion battery)’도 최근 주목받고 있다. 리튬은 매장량이 한정적이고 일부 국가에 편중된 반면, 소듐은 바닷속에 풍부하게 존재하는 물질로 전 세계 어디서나 생산할 수 있다. 그렇다면 왜 소듐이온 배터리는 그동안 상용화되지 못했을까? 소듐은 리튬 원자보다 크고 무거워, 같은 크기의 배터리라도 에너지밀도가 낮아지고 무게는 더 많이 나가기 때문이다. 이러한 단점을 보완하고자 최근에는 소듐과 리튬인산철(LFP)을 결합해 두 종류의 배터리를 하나의 팩에 조립하는 방식이 개발되고 있다. 이는 서로가 지닌 단점을 상호 보완하는 구조라 할 수 있다. 이러한 노력에도 불구하고, 소듐이온 배터리는 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리와 비교해 에너지밀도가 약 40~50% 수준에 불과하다. 이로 인해 전기차와 같은 고밀도 에너지가 요구되는 분야에는 적합하지 않다는 한계가 여전히 존재한다. | 코발트 프리 배터리, 지속가능성에 답하다 코발트는 양극재의 부식을 방지하고 폭발 위험을 제어하는 데 중요한 역할을 한다. 하지만 최근 들어 코발트 수급이 점점 더 어려워지고 가격이 급등하면서 문제로 떠오르고 있다. 더욱이 전 세계 매장량의 약 80%가 콩고민주공화국에 집중돼 있어 공급 안정성에도 심각한 위협이 따른다. 이러한 상황 속에서 배터리 업계는 삼원계 배터리의 양극재에 쓰이는 코발트를 대체할 유력한 후보로 망간(Mn) 또는 니켈(Ni)의 비중을 높인 코발트 프리(Co-Free) 배터리를 개발 중이다. 특히, 리튬과 망간의 비중을 크게 높인 하이망간(High-Mn) 혹은 망간리치(Mn-Rich) 배터리가 코발트 프리 배터리의 대표 기술로 주목받는다. 망간은 코발트처럼 배터리의 안정성을 높여 폭발 위험을 줄이는 동시에 가격 경쟁력에서도 큰 장점을 가진다. 코발트 가격의 약 5% 수준에 불과한 망간을 활용하면, 배터리 생산 원가를 크게 절감할 수 있다. 전기차 가격의 약 40%를 배터리가 차지한다는 점을 고려할 때, 하이망간 배터리는 전기차 대중화의 핵심 열쇠로 작용할 가능성이 높다. 게다가 에너지밀도도 준수해 상용화 시 저가 전기차 시장에서 게임체인저가 될 것이라는 기대도 받고 있다. SK온은 코발트 프리 배터리 기술로 2024년 에디슨 어워즈(2024 Edison Awards) ‘스마트 트랜스포테이션(Smart Transportation)’ 부문에서 동상을 수상하며 기술력을 인정받은 바 있다. 코발트가 없는 배터리에서 발생할 수 있는 구조적 불안정성과 수명 저하 문제를 SK온은 단결정 양극재와 독자적 도핑 기술로 해결해 높은 평가를 받은 것이다. 이와 더불어 인터배터리 2023에서 코발트 프리 배터리 시제품을 공개, 업계의 주목을 받기도 했다. ☝️ 리튬황배터리, 시장의 뜨거운 관심을 받다! 리튬황배터리는 리튬메탈 배터리와 함께 상용화 가능성이 높은 차세대 배터리로 주목받고 있다. 리튬황배터리는 양극재로 황(Sulfur), 음극재로 리튬메탈을 사용하는데, 황은 지구에서 17번째로 풍부한 원소로 값비싼 코발트의 대체재로 사용 가능해 제조 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 황과 리튬메탈은 밀도가 낮고 무게당 용량이 커 ‘이론적으로는’ 기존 리튬이온 배터리보다 최대 5배 높은 에너지밀도를 갖는다. 하지만 해결해야 할 난제가 아직 남아있긴 하다. 리튬과 황이 결합하면서 생성되는 황화리튬(리튬폴리설파이드, Lithium Polysulfides)이 전해질에 녹아 배터리 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 수명을 단축시키기 때문이다. ✌️ 공기로 움직이는 배터리가 있다?! 리튬-공기 배터리 환경을 생각한 배터리 기술도 주목받고 있다. 리튬-공기 배터리는 이름 그대로 공기 중에 널리 퍼진 산소를 활용하는 배터리다. 이 배터리는 양극 물질로 산소, 음극 물질로 리튬메탈을 사용해 그 어떤 배터리보다 가볍고 부피가 작다. 특히, 현재 알려진 것 중 가장 높은 에너지밀도를 자랑해 차세대 배터리의 ‘루키’로 떠오르고 있다. 그러나 리튬-공기 배터리는 양극이 기체, 전해질이 액체, 음극이 고체로 구성돼, 충∙방전이 원활히 이뤄지려면 추가적인 연구가 불가피하다. 비행기, 컴퓨터, 스마트폰과 같이 과거 공상과학소설 속에서나 등장했던 것들이 우리의 일상에 자리잡은 것처럼 기술의 진보는 언제나 우리가 상상한 것보다 더 빨리, 더 놀랍게 찾아온다. 차세대 배터리를 찾기 위한 인류의 노력도 같은 결과를 가져오지 않을까? 더 빠르고, 더 안전하며, 더 오래가는 배터리 찾기는 계속된다. ■ 관련 글 - ① 일상을 차지(Charge)해 온 ‘전지’의 역사 – 과거의 꿈을 실현시키다! - ② 2차전지 성능을 좌우하는 ‘네 가지 속사정’ 파헤치기 - ③ “네가 왜 여기서 나와~♪♬” 2차전지의 용도와 형태… 그 무한한 확장가능성 - SK온, 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 개발 - SK온, 2024 ‘에디슨 어워즈’ 동상 - SK온, 美 솔리드파워와 협력 강화… 전고체 배터리 개발 가속 - SK온, 세계 최고 리튬이온전도도 新고체전해질 개발 성공
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