한 번 충전으로 서울-부산을 왕복할 수 있는 배터리 전극이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 정경민 에너지화학공학과 교수팀이 건식 공정으로 기존 대비 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
개발한 건식 전극을 배터리에 적용하면 용량을 늘리고 빠르게 충전할 수 있다. 화학용매를 사용하지 않는 건식 공정이어서 환경 보호에도 도움이 된다.
전극 두께는 배터리 용량과 직결된다.
전기차 대중화로 대용량 리튬이온배터리 수요가 높아지면서 전극은 최대한 두껍게 만들고 용량과 관련 없는 구성요소 비율은 줄이는 추세다.
기존 습식 전극 제조 방식은 분말 형태의 전극 원료를 용매에 풀어 만들기 때문에 용매가 증발하는 과정에서 뭉침이 발생하기 쉬워 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다.
정 교수팀은 건식 전극 제조 공정으로 이 문제를 해결해 기존 습식 공정 보다 5배나 두꺼운 전극을 개발했다.
개발 전극을 전기차 배터리에 적용해 주행 거리를 약 14% 늘릴 수 있다는 것도 확인했다. 1회 충전으로 600km 이상 주행 가능해 서울-부산을 왕복할 수 있다. 기존 전기차 배터리는 1회 충전으로 서울-부산 왕복 주행이 어려웠다.
개발 전극은 전도성이 뛰어난 다공성 구형 도전재를 사용해 충전 속도도 빠르다.
일반적으로 전극이 두꺼워지면 리튬이온의 이동 거리도 늘어나 단위 시간당 뽑아낼 수 있는 출력이 떨어진다. 출력이 떨어지면 충전 속도도 느리다.
다공성 구형 도전재는 특수소재로 이 같은 단점을 보완할 수 있지만, 기존 습식 공정에서는 사용하기가 까다로웠다.
정 교수팀은 개발 전극을 코인셀 수준의 실험실 단계를 넘어 양산 공정에 해당하는 1Ah급 파우치셀에 적용해 이 같은 성능을 검증했다.
정경민 교수는 “환경친화적인 건식 전극의 용량을 높이고 성능 향상도 동시에 구현한 혁신적 성과”라고 말했다.
이번 연구 성과는 '에너지 환경 과학(Energy & Environmental Science)' 1월 21일자 후면 표지논문으로 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com