전고체 이차전지용 전도성 음극 바인더 개발

[산업일보]
국내 연구진이 전고체 이차전지용 전도성 바인더 소재를 개발했다.

이를 통해 고성능 전고체 이차전지를 구현하는데 기여할 것으로 기대되고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 환경친화적인 소재인 셀룰로오스 기반의 새로운 전도성 바인더를 개발해 전고체(all-solid state) 이차전지 음극에 적용했다고 12일 밝혔다.

이에 따르면, 기존 비전도성 바인더 대비 충방전 과전압을 약 30% 감소시켰으며 고율 충방전 성능은 약 40% 향상시켰다.

차세대 이차전지로 각광받는 전고체 이차전지는 전지 내부에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 고체로 바꿈으로써 안전성과 에너지 저장 밀도를 높인 전지 시스템이다.

배터리에서 음극은 양극에서 이동한 리튬이온의 저장소 역할을 한다. 음극재는 배터리의 충전속도와 수명 및 안정성을 결정하는 중요한 요소다.

개발한 전도성 바인더는 음극에 적용되는 음극재의 일종이다. 연구진은 상용화된 셀룰로오스계 소재를 이용해 대량 생산에 적합한 산처리 공정을 통해 고품질 이온 전도성 바인더를 개발했다고 설명했다.

또한 개발한 바인더를 흑연 음극 구성에 적용해 새로운 전극 구조를 만들었다. 이 전극 구조는 제조공정 단순화 및 에너지밀도 극대화를 위해 전해질 성분을 배제했다.

연구진은 이번 개발을 통해 이차전지의 고질적 문제인 안전성과 안정성 해결을 위한 단초를 마련함으로써 전기차, 로봇, 에너지 저장장치(ESS) 등 이차전지 활용성을 높이기 위한 연구 활성화에 대한 기대감을 나타냈다.

앞으로 연구진은 전고체 전지용 고에너지밀도 전극 구현을 위해 고용량 음극 소재로의 확대 연구를 진행할 예정이라고 했다.

한편, 이번 연구는 ETRI 기본사업 ‘ICT 소재·부품·장비 자립 및 도전기술개발’의 지원으로 수행했다. ETRI 주관으로 텍사스대학교 댈러스캠퍼스(UT Dallas) 조경재 교수팀 및 DGIST 이용민 교수팀과 공동 연구로 진행했다.

논문은 ETRI 신동옥 박사, 서울대 김형준 박사과정생 및 DGIST 정승원 박사과정생이 공동 1저자로 참여했다.