[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산= 김용태 기자 = 한 번 충전으로 서울과 부산을 왕복할 수 있는 전기차용 고성능 건식 배터리 전극을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

2일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 건식 공정을 통해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공했다.

전기차 대중화로 대용량 리튬이온배터리의 필요성이 커지면서 용량과 직결되는 전극은 최대한 두껍게 만들고, 용량과 관련 없는 구성 요소의 비율은 줄이는 설계 방식이 주목받고 있다.

그러나 기존 습식 전극 제조 방식은 분말 형태의 전극 원료를 용매에 풀어내 제작하기 때문에 용매가 증발하는 과정에서 뭉침이 발생하기 쉬워 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 건식 배터리 전극의 합제층 밀도(용량과 직결되는 원료 물질의 밀도)는 3.65ｇ/㎤에 달한다.

전극의 면적당 용량도 상용 전극의 5배에 해당하는 20mAh/㎠다.

이 전극을 배터리에 적용하면 전기차의 주행 거리를 약 14% 늘릴 수 있다고 연구팀은 설명했다.

정경민 교수는 "기존 전기차 배터리로는 서울과 부산 왕복 주행이 어려웠다"며 "이번 기술을 적용하면 600㎞ 이상의 주행이 가능해져 1회 충전으로 왕복도 가능할 것"이라고 말했다.

해당 전극에는 전도성이 높은 다공성 구형 도전재가 들어가 배터리 충전 속도가 빠른 것도 장점이다.

일반적으로 전극이 두꺼워지면 리튬이온이 이동하는 거리가 늘어나 단위 시간당 뽑아낼 수 있는 전기량인 출력이 떨어지게 되는데, 출력이 떨어지면 충전 속도도 느리다.

다공성 구형 도전재는 이 같은 단점을 보완할 수 있는데, 기존 습식 공정에서는 사용하기가 까다로운 소재였다.

또 건식 공정에는 화학 용매를 사용하지 않아 환경 보호에도 도움이 될 것으로 연구팀은 기대한다.

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제1저자인 오혜성 연구원은 "이번 기술은 환경친화적인 건식 전극의 용량 증가와 성능 향상을 동시에 실현했다"며 "코인셀 수준의 실험실 단계를 넘어 대규모 생산 공정에 적용할 수 있는 1Ah급 파우치셀에서도 성능을 검증했다는 점에서도 의미가 있다"고 말했다.

이같은 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 '에너지와 환경'(Energy & Environmental Science)에 후편 표지 논문으로 선정돼 지난달 21일 출간됐다.

이 연구는 국가과학기술연구회(NST)가 지원하는 창의형 융합연구사업 '탄소중립형 고에너지밀도 배터리를 위한 소재·공정 혁신 융합 설루션 개발 과제'를 통해 이뤄졌다.