중앙대, 차세대 리튬이온 배터리 혁신

친환경 건식 전극 제조 기술 개발

중앙대학교는 남인호 화학공학과 교수팀이 리튬이온 배터리 건식 공정 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

남인호 교수 연구팀 (왼쪽부터 강지현 박사과정생, 엄호종 박사과정생, 장서현 박사과정생, 남인호 교수) ＜사진=중앙대 제공＞

연구팀은 기존의 습식 공정에서 벗어나 용매 없이 전극을 제조하는 건식 전극 공정 시스템을 개발했다. 이로써 높은 에너지 밀도를 유지하면서도 친환경적 배터리 제조가 가능함을 입증했다.

전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장이 확대됨에 따라 고밀도를 갖춘 후막 전극 개발이 필수적으로 요구되고 있다. 특히 기존의 습식 공정보다는 건식 공정 기반의 후막 전극 제조 기술이 대안으로 주목받고 있다.

건식 공정은 유독성 용매를 사용하지 않고 전극을 제조하는 방식이다. 건조 과정이 필요하지 않아 생환 효율을 극대화할 수 있다. 또한 제조 공정의 단축, 생산 속도·효율 제고, 에너지 소비량 절감(최대 30%) 등의 장점이 있다.

건식 전극용 Bollard-Anchored 바인더 이점 및 성능 평가＜사진=중앙대 제공＞

연구팀은 항구에서 배를 고정하는 볼라드(Bollard) 구조 착안, ‘볼라드-앵커드(Bollard-Anchored)’ 바인더 시스템을 개발했다. 이는 형성된 바인더(PC)를 양극 물질에 먼저 부착하는 방식으로, PTFE 사용량을 70% 이상 절감하면서도 기계적 안정성을 유지할 수 있다.

연구팀이 개발한 바인더 시스템은 이온전도성과 접착력을 개선하여 고율 충·방전에서도 기존 PTFE 대비 1.7배 이상의 성능 향상을 보였다. 이는 고밀도·고성능 배터리가 요구되는 차세대 전기차·에너지저장장치 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 강지현·엄호종·장서현 박사과정생이 공동 제1 저자를 맡았다. 또한 현대자동차 배터리공정기술개발팀과 서울대 한정우 교수 연구팀도 연구에 참여했다. 연구 결과는 저명 국제 학술지(Advanced Materials)에 게재됐다.

남인호 교수는 “이번 연구는 친환경성과 고성능을 동시에 충족하는 혁신적 전극 제조 기술을 제시한 것으로 건식 전극 공정의 새로운 패러다임을 정립할 것”이라며 “전기차, 대규모 ESS, 항공우주 배터리 등 다양한 산업 분야에서 상용화될 가능성이 크다”고 말했다.

박승욱 기자 ty1615@asiae.co.kr