‘빵 반죽’하듯 치댔더니⋯차세대 ‘건식 배터리’ 제조 시간 4분의 1로 뚝

연구 이미지. /포스텍 제공

국내 연구진이 밀가루 반죽을 치대 쫄깃한 식감을 만드는 ‘니딩(Kneading)’ 원리를 이용해 차세대 친환경 배터리 제조 혁신을 이뤄냈다. 제작 시간은 75% 단축하면서도 전극의 강도는 3배나 높이는 데 성공해 테슬라 등 글로벌 기업들이 사활을 걸고 있는 ‘건식 전극’ 상용화에 청신호가 켜졌다.

포항공과대학교(이하 포스텍) 박규영 교수팀은 UNIST(울산과학기술원), KIST(한국과학기술연구원)와 공동으로 건식 전극 제조의 고질적 난제였던 공정 속도와 구조적 취약성을 동시에 해결했다고 13일 밝혔다. 

현재 배터리 전극 제조에는 물이나 화학 용액을 사용하는 습식 방식이 쓰이지만, 최근에는 용매를 쓰지 않는 ‘건식 전극’ 기술이 차세대 핵심 공정으로 떠오르고 있다. 건식 공정은 친환경적일 뿐만 아니라 비용이 저렴하고 전극을 두껍게 만들어 에너지 저장 용량을 극대화할 수 있기 때문이다. 하지만 제조 과정이 오래 걸리고 완성된 전극이 쉽게 부서지는 점이 상용화의 걸림돌이었다.

연구팀은 배터리 재료를 섞는 ‘니딩’ 공정에 주목했다. 마치 반죽을 치대듯 재료를 혼합하는 이 과정에서 에너지 저장 물질인 ‘활물질’ 표면에 탄소나노튜브를 입히는 방식을 도입했다. 그러자 재료들이 서로 잘 엉겨 붙으면서 바인더(접착제)가 그 사이를 촘촘하게 연결하는 구조가 형성됐다.

그 결과, 가장 긴 시간이 소요되던 공정 시간을 4분의 1 수준으로 줄였음에도 전극 강도는 오히려 3배 이상 단단해졌다. 특히 접착제 사용량을 기존의 10분의 1까지 줄여 그만큼 남는 공간에 에너지를 더 채울 수 있게 됐다. 

연구팀은 실험실 수준을 넘어 실제 양산 가능성을 확인하기 위해 1Ah(암페어시)급 파우치형 배터리 제작 실험까지 마쳤다. 

박규영 교수는 “건식 전극 제조의 최대 약점이었던 공정 효율과 구조적 불안정성을 한 번에 해결했다”며 “차세대 고에너지 배터리 생산 시대를 앞당기는 기폭제가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 에너지 소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 온라인판에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]