"이차전지 에너지밀도 20% 향상" ETRI, 셀 설계 기술 개발

이차전지 경량화… 고에너지밀도 구현

ETRI 연구진이 신개념 이차전지 설계가 적용된 셀의 성능을 시험하는 모습. ETRI 제공

한국전자통신연구원(ETRI)은 이차전지의 에너지밀도를 약 20% 향상하는 셀 설계 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이차전지는 스마트폰, 전기자동차, 무인 항공기 등 일상생활과 산업 전반에서 활용된다. 이차전지의 에너지밀도는 전지가 적용된 기기의 사용 시간과 설치 공간 등에 큰 영향을 미쳐, 이차전지의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나로 꼽힌다.

ETRI는 집전체를 제거한 신개념 셀 설계로 이차전지의 무게를 줄이고, 에너지밀도를 높이는 방식을 고안했다. 집전체는 이차전지가 충·방전될 때 음극과 양극에서 전기적 반응이 일어날 수 있도록 돕는 역할을 하는데, 밀도가 높아 전지의 무게를 증가시키는 원인이 되기도 했다.

ETRI 연구진은 집전체 없이 분리막 위에 전극을 직접 도포하는 전극 설계 방안을 제시했다. 또 물에 대한 젖음성(Wettability)이 낮은 분리막 위에 전극을 균일하게 도포하기 위해, 수계 공정에서 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 고분자 바인더를 활용했다.

연구진은 고려대학교와의 공동 연구를 통해 이 고분자가 계면 안정성을 높일 수 있음을 이론적으로 검증했다.

연구책임자인 ETRI 김주영 선임연구원은 "새롭게 제시된 전극 구조는 기존과 달리 전해질이 원활하게 통과할 수 있어, 신규 전극을 다층으로 적층한 새로운 형태의 전지 설계가 가능해졌다"며 "이를 통해 기존 이차전지 대비 에너지밀도가 약 20% 개선될 수 있음을 확인했다"고 설명했다.

또 "새로 개발된 전극 설계는 분리막의 안전성을 개선하고 전극의 재활용 가능성을 높이며, 전극 내 전기화학 반응 분석을 용이하게 하는 등의 장점도 확인됐다"고 덧붙였다.

해당 성과는 지난달 22일 에너지 소재 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머트리얼'에 온라인 게재됐다.