[이데일리 강민구 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 가천대, 중앙대 연구진과 협력해 전기차 주행거리는 늘리고 배터리 제조 비용은 낮출 수 있는 건식 후막 전극 제조 기술을 개발했다.

UNIST는 곽원진 에너지화학공학과 교수팀이 최정현 가천대 교수팀, 문장혁 중앙대 교수팀과 건식 제조 후막 전극 배터리의 초기 용량 손실과 전극 제조 비용을 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

후막 전극은 전극의 활물질층 두께를 키워 배터리 용량을 늘린 차세대 전극이다. 일반 배터리 전극과 달리 독성 용매를 쓰지 않는 건식 공정으로 제조돼 친환경적이다.

문제는 초기 용량 손실이 크다는 점이다. 모든 리튬이온배터리는 사용 초기 충·방전 과정에서 필연적인 리튬 용량 손실이 발생하지만, 건식 제조 후막 전극은 두꺼운 활물질 두께와 마른 활물질 입자를 뭉치기 위한 바인더 탓에 초기 용량 손실이 더 크다.

연구팀은 배터리 음극의 활물질층과 동박(구리 집전체층) 사이에 프라이머 대신 리튬 금속 박막을 넣어 초기 용량 손실을 줄인 전극을 개발했다. 프라이머는 원래 활물질층을 동박에 부착시켜 주는 물질로 프라이머 대신 들어간 리튬 금속을 통해 프라이머 역할과 손실될 리튬을 미리 보충해주는 역할을 할 수 있다.

실험 결과, 개발된 건식 후막 전극을 적용한 배터리는 초기 용량 손실 값이 기존 전극을 적용한 배터리보다 약 75% 줄어들었다. 전기차 주행거리를 기존보다 20%가량 늘릴 수 있는 효과다.

연구팀은 전극 제조 비용도 줄일 가능성도 제시했다. 전극의 활물질층을 건식 제조하더라도 프라이머층을 코팅하려면 별도의 습식 공정과 건조 과정이 필요해 공정이 복잡했는데, 프라이머 코팅 자체를 생략했기 때문이다.

곽원진 교수는 “건식 공정을 이용한 전극 후막화 기술은 테슬라 등 글로벌 기업들이 앞다퉈 개발 중인 기술”이라며 “이번에 개발한 음극 기술은 하이니켈 양극 등 양극 종류와 관계없이 쓸 수 있어 기술 경쟁에서 우위를 점하는 데 기여하겠다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 지난 달 21일자 온라인판에 공개됐다.