'유기용매 싹 뺐다'…고려대·서울대, 배터리 '완전 건식' 공정 개발
[파이낸셜뉴스] 배터리를 만들 때 공정 비용을 획기적으로 줄이고 환경오염까지 막을 수 있는 완전 무용매 전극 제조 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
고려대학교 화공생명공학과 유승호 교수와 서울대학교 성영은 교수 공동 연구팀은 배터리 전극 제조의 모든 과정에서 유기용매를 쓰지 않는 건식 공정 기술을 구현했다고 26일 밝혔다.
전기를 저장하는 리튬이온전지를 만들 때는 전극 재료를 섞고 금속판에 붙이기 위해 액체 형태의 유기용매를 사용하는 습식 방식을 주로 써왔다. 하지만 용매를 다시 말리고 회수하는 데 막대한 전력과 설비 비용이 들어가는 문제가 있었다. 이를 극복하기 위해 용매를 빼는 건식 공정이 연구돼 왔으나, 전극을 금속판에 단단히 붙이는 접착층 단계에서는 여전히 액체 용매를 써야 하는 한계가 남았었다.
연구팀은 녹는점이 약 156.6도로 낮은 금속인 '인듐'을 접착제로 활용해 이 문제를 해결했다. 전류가 흐르는 구리판에 인듐을 얇게 입힌 뒤 전극 재료를 올리고 열과 압력을 가하는 방식이다. 이때 인듐이 먼저 살짝 녹아들면서 전극 내부의 미세한 빈 공간 구석구석으로 스며들어 전극 모양을 훼손하지 않고도 집전체와 단단하게 붙게 된다.
이렇게 만든 완전 건식 전극은 기존 습식 접착 방식을 적용한 전극보다 더 강한 접착력을 보였다. 150차례 충전과 방전을 되풀이한 뒤에도 처음 성능의 91.3%를 유지했으며, 실제 파우치 형태의 배터리 검증에서도 합선 없이 안정적으로 작동했다.
유승호 고려대 교수는 "금속의 녹는점 차이를 이용한 접착 기술은 건식 전극의 접착 안정성을 극대화하는 열쇠"라며, "향후 유기용매가 전혀 들어가지 않는 배터리 제조 공정의 대형화와 고성능 배터리 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.
이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 세계적 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 온라인판에 게재됐다.
[email protected] 김만기 기자
