최정현 가천대 교수팀, 고에너지밀도 리튬 인산철 배터리 개발 '눈길'

차세대 건식 극판 기술 활용..."친환경 차세대 이차전지 배터리로 시장 판도 바꿀 것"

가천대학교는 최근 최정현 화공생명·배터리공학부 교수 연구팀이 탄소중립형 차세대 건식 극판 기술을 활용해 에너지밀도가 높은 리튬 인산철 배터리를 개발했다고 20일 밝혔다.

탄소중립 사회를 구현하기 위한 적극적인 환경규제와 친환경에너지 사용이 증가하면서 리튬 이온 전지가 에너지 저장 장치로서 각광받고 있다. 하지만 현재 상용화된 배터리 전극의 경우 슬러리 기반의 습식 공정으로 극판을 제조할 때 용매를 건조하고 회수하는 과정에서 상당한 에너지와 비용을 발생시킨다.

특히 제조 과정에 사용되는 유기용매는 독성이 강하고, 건조할 때 발생하는 이산화탄소는 1kWh당 42kg에 달한다. 배터리 제조 공정에 대한 혁신 요구가 이어지고 있어 전극 제조 과정에서 용매를 사용하지 않는 건식공정이 차세대 전극 공정으로 주목받고 있다.

건식공정은 용매를 사용하지 않기 때문에 극판 제조 공정 중 건조 공정이 필요 없다. 건조와 용매 회수에 투입되던 공정비용을 크게 절감할 수 있으며, 용매 건조 과정에서 모세관 현상에 의해 발생하는 극판 상부로의 바인더 편재 현상도 막아 전극의 후막화가 용이하다.

최 교수팀은 송태섭 한양대 교수팀, 김주현 경북대 교수팀과 함께 건식공정을 리튬인산철 양극 제작에 도입, 리튬 이차 전지의 에너지밀도를 대폭 높였다.

최 교수는 "건식 극판 공정 기술은 기존의 이차 전지 제조 공정 전체를 대체할 수 있다. 이는 이차 전지 시장 전체를 뒤흔들 수 있는 기술"이라며 "탄소배출이 없고 공정 원가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 에너지밀도를 획기적으로 향상할 수 있다. 환경적·기술적 파급력이 매우 클 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 산업부 '소재부품기술개발사업'의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 '건식 전극 기술로 제조된 고에너지밀도 리튬이온 배터리용 저저항 리튬인산철 후막 전극'(Low-Resistance LiFePO4 Thick Film Electrode Processed with Dry Electrode Technology for High-Energy-Density Lithium-Ion Batteries)이라는 제목으로 재료화학 분야 국제학술지 'Small Science'(IF=12.7) 2024년 5월호 표지논문으로 게재됐다.

최정현 가천대 화공생명·배터리공학부 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=가천대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr