이차전지 에너지밀도를 20% 늘렸다

ETRI, 집전체 제거한 신개념 셀 설계
집전체 없이 분리막 위에 전극 직접 부착
이차전지 무게 줄여도 에너지밀도 향상

ETRI 최재철 박사(왼쪽), 김주영 박사(가운데), 이윤호 위촉연구원이 집전체를 제거한 적층형의 신개념 이차전지를 설명하고 있다. ETRI 제공

[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI)은 스마트소재연구실 김주영 박사팀이 이차전지를 새롭게 설계해 에너지밀도를 20% 높였다고 12일 밝혔다. 집전체를 없애고 분리막 위에 전극을 직접 감싸 만들었다. 이를 통해 같은 무게의 이차전지를 만들더라도 더 많은 전기를 저장할 수 있게 됐다.

연구진은 이번 연구개발의 결과를 보다 확장해 에너지밀도가 더욱 개선된 이차전지를 구현할 계획이다. 아울러 고에너지밀도와 고출력이 동시에 가능한 전극 설계 등 연구를 지속 수행할 예정이다.

김주영 박사는 "이차전지의 에너지밀도 개선에 활용될 수 있는 일종의 전지 플랫폼을 개발하고자 노력한 결과물"이라고 말했다.

이차전지의 에너지 밀도는 전지가 적용된 기기의 사용 시간과 설치 공간 등에 큰 영향을 미쳐, 이차전지의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나다.

연구진은 이차전지의 소재 의존성을 줄이는 동시에 에너지밀도를 개선하기 위해 집전체에 집중했다. 집전체는 이차전지가 충·방전될 때 음극과 양극에서 전기적 반응이 일어날 수 있도록 돕는 역할을 한다. 그러나 집전체의 높은 밀도는 전지의 무게를 증가시키는 원인이 되기도 한다.

연구진은 집전체 없이 분리막 위에 전극을 직접 얇게 펴서 부착했다. 또, 친환경적이고 가격경쟁력이 우수한 수계 공정을 적용해 설계했다. 특히 물에 잘 젖지 않는 종이 같은 분리막 위에 전지를 만드는 물질을 골고루 붙이기 위해, 풀 같은 역할을 하는 폴리비닐알코올(PVA)라는 물질을 사용했다.

연구진은 이 설계방식으로 새로운 전극을 여러층으로 쌓아 이차전지를 만들었다. 테스트 결과, 기존 이차전지 대비 에너지밀도가 약 20% 향상됐다. 또 분리막의 안전성을 개선하고 전극의 재활용 가능성을 높이며, 전극 내 전기화학 반응 분석을 쉽게 할 수 있었다.

한편, 김주영 박사는 고려대 김용주 교수팀, 연세대 이용민 교수팀과 함께 새로 개발한 이차전지를 에너지 소재 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머트리얼'에 발표했다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자