포스텍-UNIST 연구팀, 전기차 배터리 용량 확대 급속 충전 가능 소재 개발

다기능 가교제를 통해 구성된 실리콘 전극의 모식도.<포스텍 제공>

박수진 교수

전기자동차 배터리의 용량을 늘리고 급속으로 충전시킬 수 있는 가교제를 국내 연구팀이 개발했다.

6일 포스텍에 따르면 화학과 박수진 교수팀과 울산과기원(UNIST) 유자형 교수팀이 상온에서 분자와 분자 간에 완전한 화학 결합이 가능한 천연 고분자 바인더를 개발했다.

류재건 박사

현재 전기자동차 배터리는 용량이 적고 충전 속도가 늦다는 단점을 갖고 있다. 이 같은 문제 해결을 위한 소재로 바인더가 꼽히고 있다. 바인더는 음극 소재를 용매에 분산시키고 극판에 접착시키는 역할을 한다.

기존에는 배터리 용량을 늘리고 충전 속도를 높이기 위해 실리콘 소재가 주목받았다. 하지만 전기 전도도가 낮고 충·방전 시 3배 이상 팽창해 물질 간 연결이 잘 깨지는 문제로 상용화에 이르지 못했다.

이에 연구팀은 실리콘 전극의 구조적 안정성을 높이고 이온 전도도 향상을 위해 천연 고분자와 결합 가능한 붕산과 폴리에틸렌 옥사이드 기반의 다기능성 가교제를 만들었다. 이번에 개발된 가교제는 전체 전극의 1% 중량만으로 천연 고분자와 가교를 통해 실리콘 전극의 성능을 향상 시켜 배터리 수명을 4배 이상 늘릴 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 또한 높은 온도에서 가교할 수 있어 고온 열처리의 제조공정도 생략할 수 있다고 덧붙였다.

특히, 이 물질은 추가로 가교 촉매제를 넣지 않아도 충·방전 시 팽창으로 인해 끊어진 연결을 다시 이어주는 자가 치유기능이 있어 강한 접착력을 가지는 것도 확인했다.

논문 1저자인 포스텍 류재건 박사는 “새롭게 개발된 다기능성 가교제를 활용하면 전체 전극의 약 1% 첨가만으로 실리콘 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상 시킬 수 있고 기존의 고성능 고분자 바인더에서 쓰이는 복잡한 공정을 간소화할 수 있다”라고 말했다.

박수진 교수는 “가교제와 결합된 천연 고분자 바인더는 자가 치유능력, 강한 결합력, 빠른 리튬 이온 전달 특성이 있어 두꺼운 실리콘 전극 제조에도 안정적”이라며 “고속충전이 가능한 고용량 이차 전지를 필요로 하는 전기 자동차 산업에 크게 기여할 것으로 기대된다”라고 말했다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com

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