이차전지 혁신, 집전체 제거로 에너지밀도 20% 향상

이차전지의 경량화와 에너지밀도 개선이라는 난제를 해결할 혁신적인 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 집전체를 제거한 새로운 이차전지 셀 설계를 통해 에너지밀도를 약 20% 향상시키는 데 성공했다고 밝혔다.

집전체 제거, 경량화와 고효율을 동시에
ETRI 연구진이 제시한 설계는 기존 이차전지에서 필수로 여겨지던 집전체를 배제한 것이 특징이다. 집전체는 전지의 충·방전 시 전기적 반응을 돕는 역할을 하지만, 높은 밀도로 인해 전지 무게를 증가시키는 단점이 있었다. 연구진은 집전체를 대신해 분리막 위에 전극을 직접 도포하는 방안을 고안했다.

이 과정에서 연구팀은 친환경적이고 비용 효율적인 수계 공정을 활용했다. 특히, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 고분자 바인더를 적용해 분리막의 젖음성을 개선하고, 전극 도포의 균일성을 높였다. 이를 통해 전해질이 원활히 통과하며 다층 적층 구조를 구현할 수 있는 새로운 전지 설계를 제안했다.

새로운 전지 설계의 장점과 가능성
새롭게 개발된 전극 설계는 기존 이차전지 대비 약 20%의 에너지밀도 향상을 확인했으며, 다음과 같은 이점도 갖췄다:
▲분리막 안정성 강화 ▲전극 재활용 가능성 증대 ▲전기화학 반응 분석 용이▲더불어 전해질 통과 효율이 높아져 고에너지밀도와 고출력이 동시에 가능한 전지 개발 가능성을 열었다.

세계적 인정, 국제 학술지에 연구 성과 게재
이 연구는 에너지 소재 분야 최상위 학술지인 '어드밴스드 에너지 머트리얼스(Advanced Energy Materials)'에 게재되며 그 우수성을 인정받았다. 연구는 ETRI와 고려대학교, 연세대학교가 공동으로 수행했으며, 김주영 선임연구원과 서민영 연구원이 1저자로 참여했다.

차세대 연구자의 혁신적 아이디어 반영
ETRI는 신진 연구자를 발굴하고 지원하는 '차세대주역 신진연구사업'을 통해 이번 기술을 개발했다. 이 프로그램은 젊고 창의적인 연구자들의 혁신적 아이디어를 육성하기 위해 운영되고 있으며, 올해에는 7개 과제를 지원하고 있다.

김주영 선임연구원은 "새로운 전지 플랫폼을 제안하며 에너지밀도를 향상시킬 가능성을 확인했다"며 "고출력과 고에너지밀도를 동시에 구현할 기술 개발을 이어갈 것"이라고 전했다.

ETRI의 이번 성과는 과학기술정보통신부의 단계도약형 탄소중립기술개발사업과 글로벌 TOP 전략연구단의 지원을 통해 이루어졌으며, 차세대 이차전지 개발에 새로운 가능성을 열었다.