멕스플로러, 전기차 배터리 수명 늘리는 집전체 코팅용 그래핀 잉크 상용화

멕스플로러가 출시한 WMCG 잉크 제품과 이를 사용해 코팅된 리튬이온배터리 상용 알루미늄박 시제품. (사진=멕스플로러)

그래핀 소재·첨단응용제품 전문업체 멕스플로러가 꿈의 신소재로 불리는 그래핀을 이용해 리튬이온 배터리 수명을 늘리는 응용 제품을 출시했다.

멕스플로러는 리튬이온 배터리 집전체전극 코팅용 수분산 그래핀 잉크(Water-dispersed Metal-Coating Graphene-ink, 이하 WMCG 잉크) 제품을 출시했다고 18일 밝혔다.

기존 휴대용 전자기기용 리튬이온 배터리와 달리 전기자동차와 에너지저장장치(ESS)용 배터리는 수천번 이상 충·방전을 버티는 초장수명 특성과 많은 충방전 사이클 후에도 높은 용량이 유지되는 우수한 용량유지율이 요구된다. 이를 구현하기 위해서는 충·방전시 필연적으로 발생하는 구리박과 알루미늄박 부식을 방지할 수 있어야 한다. 그동안 구리·알루미늄박에 탄소를 코팅한 제품이 개발돼 출시됐으나 두께, 코팅성, 가격, 신뢰성 등 한계로 사업화에 성공하지 못했다.

멕스플로러가 출시한 WMCG 잉크는 리튬이온 배터리 양·음극 집전체전극인 구리박과 알루미늄박에 고도전성 그래핀 나노막을 형성해 집전체전극의 부식을 효과적으로 억제하고 리튬이온 배터리의 초장수명과 고속충방전, 뛰어난 용량유지특성을 구현할 수 있도록 해준다.

회사는 일반 구리·알루미늄박을 사용한 리튬이온 배터리 셀과 WMCG 잉크가 코팅된 구리·알루미늄박을 적용한 테스트 셀을 동일한 조건에서 시험한 자체 테스트 결과 전극의 부식을 효과적으로 억제해 초장수명과 고속충방전, 탁월한 용량유지율의 효과를 구현하는 것으로 확인했다.

그래핀은 흑연 표면층을 한 겹만 떼어낸 얇은 탄소 원자막이다. 전기전도도, 열 전도성이 높으면서 강도·유연성·투명성이 우수해 꿈의 나노 물질로 불리며 배터리와 디스플레이 소재로 각광받는다. 다만 그동안 리튬이온 배터리 분야에서 그래핀 소재는 활물질과 도전체용으로 주로 응용돼왔다.

멕스플로러는 기존 유기용제분산 금속코팅 그래핀 잉크제품 사업화를 진행해왔지만 유기용제 사용으로 인한 제품가격 상승, 고온건조공정, 환경오염과 환경 처리 비용 발생 등 난제로 어려움을 겪어왔다. WMCG 잉크는 순수한 증류수에 극미량의 바인더와 단결정 그래핀 나노막을 분산한 제품으로 기존 유기용제분산 그래핀 코팅 제품의 문제를 해결할 수 있다.

강성웅 멕스플로러 대표는 “WMCG 잉크를 사용해 그래핀 코팅된 리튬이온 배터리용 구리·알루미늄박 상용 제품을 개발하고 있으며 나아가 외부 업체와 협업을 통해 초장수명과 혁신적인 용량유지 특성을 가진 리튬이온 배터리 완제품 개발도 연내 추진할 계획”이라며 “WMCG 잉크 제품이 구리·알루미늄박 소재부터 전기차, 고성능 드론, 대용량 ESS용 상용 리튬이온배터리 완제품에 혁신적인 변화를 불러일으킬 수 있을 것”이라고 말했다.

정현정 배터리/부품 전문기자 iam@etnews.com