배터리에 사용되는 고분자 고체전해질을 대량생산할 수 있는 방법이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학과 강석주 교수팀은 기존 용해 주조 방식의 한계를 극복하기 위해 수평원심주조 방식을 도입한 기술을 개발했다. 고분자 고체전해질의 생산량을 혁신적으로 늘렸다.
그림1. 수평원심주조를 통한 고분자 고체전해질
연구팀은 기존 철 파이프를 제조하는 수평원심주조 방식을 변형시켰다. 고분자 용액을 주입한 뒤 수평 방향으로 회전시켜 균일한 고분자 고체전해질을 만들었다. 기존 용해 주조 방식으로 균일한 모양의 고분자 고체전해질을 만들 수 없었던 것과는 상반된다.
수평원심주조 방식으로 제조한 고분자 고체전해질은 기존 방식으로 제작한 것에 비해 원재료 손실률이 거의 없다. 균일하게 제작 가능해 경제성과 효용성이 높을 뿐만 아니라 우수한 전기화학적 성능까지 보여줬다.
강석주 교수는 “기존 철 파이프를 제조할 때 사용하는 방식을 응용했다”며 “균일한 고성능 고체전해질을 대량생산까지 할 수 있는 방식”이라고 설명했다.
개발된 기술은 13배 빠른 속도로 고분자 고체전해질을 생산할 수 있다. 고분자 용액을 건조하고 진공열처리까지 하던 기존 방식을 개선해 번거로움을 줄인 덕분이다.
연구팀이 개발한 기술은 수평원심주조 원통의 크기를 조절해 생산량도 조절할 수 있다. 대량생산하더라도 균일한 두께와 표면을 가진 고분자 고체전해질을 안정적으로 만들 수 있다. 즉, 이차전지 제조공정에 적용할 수 있는 제조방식이다.
그림2. 각 제조방식에 대한 두께 균일도 분석
제 1저자 김현우 에너지화학공학과 연구원은 “보다 균일하고 높은 배터리 안정성을 가진 고분자 고체전해질을 대량으로 제조했다”며 “물질의 종류와 조성의 변화 없이 배터리 성능을 높였다”고 전했다.
또한 김현우 연구원은 “많은 시간과 에너지가 소비되는 진공열처리 공정을 삭제하고 대량의 생산을 가능하게 만든 점이 이번 연구의 핵심”이라고 강조했다.
그림3. 고분자 고체전해질 적용한 전기화학적 성능
이번 연구는 에너지 소재 분야의 세계적인 학술지인 에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)에 2월 13일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 한국에너지기술평가원(KETEP), 과학기술정보통신부(MIST)의 지원을 받아서 이뤄졌다.
