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[IT뉴스]전극 리튬이온 병목현상 해결해 고용량 배터리 개선

온카뱅크관리자

2026-09-22 12:27:26

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 <img alt="화학연 연구팀이 개발한 전극 첨가제 및 완성된 전극. 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122338348bnrk.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="VdkbZrNdLt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122338348bnrk.jpg" width="658">
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 화학연 연구팀이 개발한 전극 첨가제 및 완성된 전극. 화학연 제공
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 전극이 두꺼운 고용량 배터리에서 리튬 이온 병목현상을 해결하는 공정 기술이 개발됐다. 
 한국화학연구원은 문산·석정돈 책임연구원 연구팀이 흑연질화탄소를 양극 첨가제로 처음 적용한 건식 후막 양극 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 전해액이 전극 안으로 잘 스며들게 하고 리튬 이온이 양극재로 이동하는 데 필요한 에너지를 낮추는 원리다. 배터리는 같은 크기와 무게에 더 많은 에너지를 저장하는 것이 중요하다. 전극을 두껍게 만들면 같은 면적에 전기 저장 물질인 활물질 양을 늘릴 수 고용량 배터리 제작에 유리하다. 
 전극이 두꺼워질수록 전극 안쪽 리튬 이온 이동이 느려진다는 점이 숙제다. 현재 널리 쓰이는 습식 전극 공정에서는 전극이 두꺼워질수록 건조 과정에서 내부 조성이 불균일해져 불리하다. 건조 단계를 없앤 건식 공정도 리튬 이온의 저항 문제를 완전히 해결하지 못했다.
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 <img alt="이가람 화학연 학생연구원이 전극 분말 반죽과 집전체를 롤러로 밀어 접착시키는 작업을 하고 있다. 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122339558zgst.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="f5EqHDgRd1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122339558zgst.jpg" width="658">
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 이가람 화학연 학생연구원이 전극 분말 반죽과 집전체를 롤러로 밀어 접착시키는 작업을 하고 있다. 화학연 제공
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 연구팀은 다공성 흑연질화탄소 첨가제를 추가해 리튬 이온의 길잡이 역할로 활용했다. 첨가제 표면의 질소는 지나가는 리튬 이온을 잠시 붙잡았다가 놓아주며 리튬이온이 전해액에서 나와 양극재로 들어가는 과정을 돕는다.
 첨가제를 많이 넣는다고 성능이 개선되는 것은 아니다. 첨가량뿐 아니라 전극 내 배치 위치와 기공구조까지 함께 설계해야 한다는 설명이다.
 실험 결과 첨가제를 넣으면 리튬 이온에 필요한 활성화에너지가 56% 감소했다. 첨가제의 다공성 구조는 전극 내부의 리튬 이온 분포를 고르게 했다. 파우치형 완전전지에서는 600회 충·방전 후 용량 유지율이 기존 72.9%에서 81.3%로 개선됐다.
 건식 전극은 용매 건조·회수 공정이 필요 없어 제조비·에너지와 생산공간을 줄일 것으로 기대된다. 이번 논문에서는 실제 양산 수율이나 제조원가 절감률을 직접 측정하지는 않았다. 실용화를 위해서는 건식전극 제조기술을 대규모 연속 공정으로 확대해야 한다.
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 <img alt="박진규 화학연 박사후연구원이 파우치 셀 배터리 제작을 위해 전극과 단자를 결합하는 장비를 가동하고 있다. 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122340821zlij.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="4ESPuvmjM5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122340821zlij.jpg" width="658">
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 박진규 화학연 박사후연구원이 파우치 셀 배터리 제작을 위해 전극과 단자를 결합하는 장비를 가동하고 있다. 화학연 제공
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 이번 연구결과는 8월 11일(현지시간) 국제학술지 '익스플로레이션'에 공개돼 8월호 표지논문으로 실렸다. 서울대 연세대 등 국내 대학과 글로벌 연구장비 업체인 써모 피셔 사이언티픽 코리아도 참여했다.
 문 책임연구원은 "0.5% 수준의 적은 첨가제로 전해액 젖음성과 이온 이동을 동시에 개선하고 첨가제의 양뿐 아니라 배치 위치와 전극 구조까지 최적화했다"고 설명했다.
 신석민 화학연 원장은 "간단하고 경제적인 첨가제 공정 방식을 대형 전지에서도 구현하고 실제 생산수율을 검증한다면 전기차 및 에너지저장장치(ESS), 로봇 분야 등 다양한 산업계에 도움이 될 것"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1002/exp2.70207
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 <img alt="왼쪽부터 석정돈 화학연 책임연구원, 박진규 박사후연구원, 이가람 학생연구원, 문산 책임연구원. 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122342044yade.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="88m91sAiJZ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/dongascience/20260922122342044yade.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 석정돈 화학연 책임연구원, 박진규 박사후연구원, 이가람 학생연구원, 문산 책임연구원. 화학연 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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