리튬 이온 배터리 성능 높이면서 환경도 챙긴다

UNIST 정경민 교수팀, 건식 전극 공정 상세 분석에 상용화 가능성
반제품 평가 통해 성능 향상, Chemical Engineering Journal 게재

리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 높이면서도 유해 용매를 사용하지 않는 친환경 건식 전극 공정이 나왔다.

UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 리튬 이온 배터리의 건식 전극 단위 공정과 반제품 평가 방법을 새롭게 개발했다고 25일 밝혔다.

유해한 용매를 사용하지 않는 이 건식 공정은 배터리 성능을 높이면서 환경 보호에도 도움이 된다.

특히 이번 연구가 기존 연구들이 성능 평가에만 그쳤던 한계를 넘어섰다는 점에서 의미가 있다.

리튬 이온 전지 전극은 전통적으로 습식 공정으로 제작한다.

그러나 두꺼운 전극을 사용하면 바인더와 도전재의 불균일한 분포로 성능 저하 문제가 발생한다.

반면, 건식 전극 공정은 유기 용매를 사용하지 않아 균일한 전극을 만들 수 있지만 상용화가 어려운 실험실 수준의 연구에 머물러 있다.

UNIST 연구팀은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더 기반의 무용매 건식 공정을 도입해 제품화 가능성을 높였다.

공정은 과립 형성, 필름 형성, 압연 및 라미네이션 단계로 나뉜다.

각 단계에서 제작되는 반제품의 물리적, 전기적, 전기화학적 특성을 평가해 최적의 공정 조건을 찾았다.

PTFE의 압출비가 높은 바인더를 사용하면 낮은 에너지로도 강도가 높은 전극 필름을 만들 수 있고, 전극의 미세 구조가 개선되어 출력 특성이 향상된다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

리튬 이온 배터리에서 바인더는 활물질과 전자를 이어주는 중요한 역할을 한다.

상용화된 습식 전극 공정에서는 바인더의 종류와 함량에 따라 공정과 전극의 성능이 크게 달라진다.

건식 전극에서도 PTFE 바인더의 종류와 함량에 따라 각 공정과 최종 전극의 출력 특성이 어떻게 바뀌는지 파악한 것이다.

정경민 교수는 "이번 연구는 실험실 규모를 넘어 단위 공정으로 세분화된 연구로 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.

제1저자 오혜성 연구원은 "후속 연구를 통해 다양한 소재를 적용, 두꺼운 전극의 출력 특성을 더욱 향상하고 싶다"고 했다.

이번 연구는 세계적인 화학공학 학술지인 '케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal'에 게재됐다.

※CBS노컷뉴스는 여러분의 제보로 함께 세상을 바꿉니다. 각종 비리와 부당대우, 사건사고와 미담 등 모든 얘깃거리를 알려주세요.

울산CBS 반웅규 기자 bangija@cbs.co.kr

▶ 기자와 카톡 채팅하기▶ 노컷뉴스 영상 구독하기

사회