울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 곽원진 교수팀이 전기차 주행 거리를 늘리고 배터리 제조 비용을 낮출 수 있는 건식 후막 전극 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 가천대학교 최정현 교수팀, 중앙대학교 문장혁 교수팀과의 공동 연구 성과다.

후막 전극은 활물질층 두께를 키워 배터리 용량을 늘린 차세대 전극으로, 독성 용매를 쓰지 않는 건식 공정으로 제조돼 친환경적이라는 장점이 있다. 다만 두꺼운 활물질 두께와 바인더 특성상 초기 충·방전 과정에서 발생하는 리튬 용량 손실이 일반 전극보다 크다는 문제가 있었다.

연구팀은 배터리 음극의 활물질층과 동박 사이에 기존 프라이머 대신 리튬 금속 박막을 삽입하는 방식으로 이 문제를 해결했다.

리튬 금속은 활물질층을 동박에 부착시키는 프라이머 역할을 하면서, 전위차에 의해 활물질층으로 흡수되며 손실될 리튬을 미리 보충하는 이중 기능을 수행한다. 실험 결과 개발된 전극을 적용한 배터리의 초기 용량 손실은 기존 대비 약 75% 줄었고, 전기차 주행 거리는 20%가량 늘릴 수 있는 것으로 나타났다.

제조 비용 절감 효과도 있다. 기존 건식 공정에서도 프라이머층 코팅을 위해 별도의 습식 공정과 건조 과정이 필요했지만, 이번 기술은 프라이머 코팅 자체를 생략할 수 있어 공정이 단순해진다.

제1저자인 이현욱 연구원은 "전극 접착과 선리튬화를 단일 공정으로 처리할 수 있고 현행 배터리 제조 표준인 롤투롤 공정에 바로 연계할 수 있는 기술"이라고 설명했다. 곽원진 교수는 "이번 개발된 음극 기술은 하이니켈 양극 등 양극 종류와 관계없이 쓸 수 있어 기술 경쟁에서 우위를 점하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 산업통상부 소재부품개발사업의 지원으로 수행됐으며 국제 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 1월 21일 온라인 공개됐다.