세라믹기술원, 유해물질 없는 고밀도 분리막 제조기술 개발

위쪽부터 기존 습식 세라믹 시트 제조공정과 친환경 시트 제조 신공정 모식도, 이를 통해 만들어진 최종 결과물.

한국세라믹기술원 김정현 박사와 김수연, 신성민 연구원이 산업통상자원부 '우주·항공·방산용 세라믹 전지 개발 사업' 지원을 받아 친환경·고밀도 세라믹 분리막 제조기술을 개발했다.

분리막은 전기가 통하지 않는 절연 소재의 얇은 막으로 전지 양극과 음극 간 직접적인 접촉을 차단하면서 이온만 통과시켜 전류를 발생시키는 역할을 하는 필름이다.

연구팀이 개발한 세라믹 분리막은 안정성이 낮아 폭발, 발화 등이 발생할 수 있는 리튬이온전지 액체전해질 대신 고체전해질로 대체해 사용할 수 있다는 점이 특징이다.

이에 따라 우주·항공·방위산업 등 극한 환경에서 안정적인 구동을 할 수 있는 차세대 세라믹 전지를 만들 수 있는 원천기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 세라믹 분리막의 습식 공정을 건식 공정으로 대체해 친환경과 고밀도를 구현할 수 있는 새로운 제조기술을 개발했다.

기존 습식 공정 세라믹 분리막은 환경오염을 유발할 수 있는 메틸에틸케톤, 벤질부틸프탈레이트와 같은 유해 물질을 사용했고 밀도가 낮아 상용화가 어려웠다.

연구팀은 건식 공정을 적용해 유해물질을 사용하지 않고 세라믹 분말과 바인더만 사용해 하나의 반죽으로 만들어 압연과정을 통해 시트를 제조한 후 소결했다. 압연 과정에는 분말 형태의 바인더를 길게 잡아당겨 가느다란 실의 형태로 만드는 바인더 섬유화 기술을 적용했다. 섬유화된 바인더가 세라믹 분말을 균일하게 분산시켜 안정적으로 지지해줌으로써 용매 없이도 시트로 제조 가능하다.

그 결과 기존 습식 분리막 보다 40%가량 높은 밀도와 약 5배 이상 높은 이온전도도를 나타냈다는 게 연구팀 설명이다.

김정현 박사는 “기술을 바탕으로 기존 리튬이온전지 적용이 어려운 우주·항공·방위 산업 분야의 극한 환경용 세라믹 전지 개발이 가능하다”면서 “도심항공교통 비행시간 증가, 유도 무기 타격거리 증가, 잠수함 임무 수행 가능시간 증가, 인공위성 수명 증가 등 미래 전략 산업의 핵심 기술을 선점할 수 있다”고 말했다.

진주=노동균기자 defrost@etnews.com