배터리 성능 강화 전극구조 세계 첫 개발

기계연구원·성균관대 공동연구팀

파우치 형태의 이중층 음극 배터리.[한국기계연구원 제공]

배터리의 성능과 안정성을 크게 높이는 배터리 전극 설계·공정기술이 세계 최초로 개발됐다. 스마트폰, 노트북 등 전자기기나 전기자동차 등에 활용된다.

한국기계연구원 나노역학장비연구실 현승민 박사, 성균관대학교 이후정 교수 공동 연구팀은 리튬이온배터리의 신뢰성과 성능을 높이는 새로운 배터리 전극(음극) 구조를 개발했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 11월 10일자로 게재됐다.

공동연구팀은 리튬이온배터리의 전극이 두꺼워도 고성능·고신뢰성을 유지하는 디자인 및 공정기술 개발을 위해 음극을 이중층으로 구성했다. 이어 이온 전도성과 전기 전도성이 향상된 작은 소재가 용량이 큰 소재 사이사이에 존재할 수 있는 요철형태로 설계했다.

일반적으로 리튬이온배터리의 전극은 슬러리(전기 전도성 높이는 첨가제)를 전극 전체에 골고루 배치할 수 있도록 코팅하여 건조하는 방식으로 제작된다. 슬러리의 균일도가 배터리의 성능을 좌우하며, 전극이 두꺼워질수록 에너지 밀도와 균일도가 낮아져, 고출력 환경에서 성능을 유지하기 어려웠다. 이번에 개발된 배터리의 음극 구조는 전극이 두꺼워져도 전극 전체가 높은 에너지 밀도를 유지하면서 균일한 반응 안정성을 가질 수 있어, 성능과 수명 향상에 크게 도움이 된다. 구본혁 기자

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