[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 차세대 리튬이차전지로 알려진 전고체 이차전지용 전도성 바인더 소재를 개발하는 데 성공했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 환경친화적 소재 셀룰로오스 기반의 새로운 전도성 바인더를 개발해 전고체 이차전지 음극에 적용했다. 그 결과 기존에 비해 충방전 과전압은 약 30% 감소했고, 고율 충방전 성능은 약 40% 향상됐다.
연구진은 개발된 바인더를 흑연 음극 구성에 적용해 새로운 전극 구조를 만들었다.
연구진의 전극 구조는 제조공정 단순화 및 에너지밀도 극대화를 위해 전해질 성분이 완전히 배제됐으며 더 많은 활물질로 구성돼 있다. 즉 활물질 간 계면 저항을 낮추는 역할이 더욱 중요하다.
연구진은 다양한 전기화학 평가 및 분석을 통해 기존 비전도성 바인더 대비 충방전 과전압 약 30% 감소 및 고율 충방전 성능 약 40% 증가 등 흑연 활물질 입자 계면에서 전도성 향상 효과를 확인했다.
과전압이 감소하면 배터리 내부 저항이 감소하는 만큼 안정적 구동 및 배터리 수명 연장을 기대할 수 있다. 또 고속 충전 시에도 에너지전달 효율을 유지해 충전 성능이 향상되는 효과가 있다. 지속 가능한 친환경 셀룰로오스계 소재를 활용한 것도 특징이다
이번 연구 아이디어를 제시하고 연구를 주도한 신동옥 박사는 “전도성 바인더 소재를 전고체 이차전지에 적용함으로써 입자간 리튬 이온 전달 효율성을 극대화시키는데 성공했고 전극내 전해질 성분을 배제함으로써 기존 전지 제조공정을 충분히 활용할 수 있어 고성능 전고체 이차전지의 상용화 가능성을 높힐 것”이라고 설명했다.
이영기 박사는 “그동안 액체상 전해질로 인해 가려져 있었던 전도성 바인더의 성능을 최대한 활용할 수 있는 전지시스템을 찾은 결과라 할 수 있다”며 “소재·부품·장비 기술 자립화 사업간 개발된 소재로 차세대 리튬이차전지용 핵심소재 국산화에 기여할 것으로 예상돼 그 의미가 크다고 할 수 있다”고 말했다.
한편 연구진은 이번 연구를 통해 개발된 바인더 소재를 흑연 전극 적용에 초점을 맞췄지만 전고체 전지용 고에너지밀도 전극 구현을 위해 고용량 음극 소재로의 확대 연구를 진행할 예정이다.
