국내 연구진이 LFP 배터리의 주행거리 한계를 개선할 수 있는 전극을 개발했다고 9일 밝혔다.

 

UNIST 에너지화학공학과 강석주 교수팀과 숙명여자대학교 주세훈 교수, 광주과학기술원 이은지 교수팀은 전극 내 활성물질 함량을 99%까지 높인 LFP 배터리 양극을 공동 개발했다.

 

LFP 배터리는 화재 위험이 낮고 가격이 저렴하지만, 용량이 작아 주행거리가 짧은 단점이 있다. 이는 전기를 저장하는 LFP 활성물질의 전기전도도가 낮기 때문이며, 이를 보완하기 위해 도전재와 바인더가 다량 투입되면서 활성물질 비율이 낮아진다는 점도 영향을 미친다.

 

 

 

연구팀은 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 기반으로 폴리에틸렌글리콜과 탄소나노튜브(SWCNT)를 첨가한 기능성 바인더 조합을 설계해 도전재와 접착제 역할을 동시에 수행하도록 했다. 이로써 비활성 물질 함량을 1% 수준으로 낮춘 전극을 만들었다.

 

개발된 전극은 도전재 함량을 기존 상용 LFP 전극 대비 90% 이상 줄였음에도 8C 고속 방전 조건에서 132mAh/g의 용량을 유지하며 우수한 출력 성능을 보였다. 출력은 급가속 시 빠른 전기 공급 능력을 뜻하며, 일반적으로 도전재가 줄면 출력이 감소한다.

 

또한 상용 음극인 흑연과 결합했을 때는 125mAh/g의 용량을 기록했고, 섭씨 60도의 고온 환경에서도 안정적인 작동을 확인했다. 단위 면적당 용량은 3.5mAh 이상으로, 이는 전기차 배터리에서 주행거리를 늘리기 위한 전극 두께와 밀도를 높이는 데 긍정적인 특성이다.

 

한편, 이번에 개발된 전극은 친환경적이며 배터리 제조 단가를 낮출 가능성이 있다. 기존 전극의 불소계 바인더는 독성 유기용매 사용과 환경 규제 문제로 제조 비용이 증가하는 반면, 이번 전극은 이러한 물질과 용매를 사용하지 않는다.

 

강석주 교수는 “바인더 조합 개발을 통해 LFP 배터리의 용량 문제를 개선했으며, 불소계 바인더와 독성 용매를 대체하는 공정으로 제조 경쟁력에도 기여할 수 있다”고 말했다.

 

이번 연구는 한국연구재단(NRF), 울산과학기술원(UNIST), 과학기술정보통신부(InnoCORE) 지원을 받아 진행됐으며, 에너지 소재 분야 학술지 ‘에너지저장물질(Energy Storage Materials)’에 2월 14일 온라인으로 게재됐다.

 

헬로티 이동재 기자 |