INTERVIEW
전도성 바인더 개발,
전고체 배터리 상용화 앞당기다
지능형센서연구실 신동옥 선임연구원
지능형센서연구실의 신동욱 선임연구원이 팀원들과 함께 전고체 이차전지용 전도성 바인더 소재 개발에 성공했다. 이를 통해 기존 비전도성 바인더 대비 충방전 과전압 약 30% 감소, 고율충방전 성능 약 40% 향상이라는 성과를 얻은 신동옥 선임연구원을 만나봤다.
신동옥 선임연구원님, 안녕하세요.
먼저 본인과 지능형센서연구실 소개 부탁드립니다.
안녕하세요, 지능형센서연구실 신동옥입니다. 저희 지능형센서연구실은 이름 그대로 센서를 연구하는 부서로, 센서 파트와 전지 파트로 나눠져 새롭게 발전하고 있는 기기에 대응하는 센서와 전지를 개발하고 있습니다. 전지도 센서를 기반으로 한 어떤 소자의 전원으로 사용할 수 있는데, 차후에는 차세대 고성능의 센서를 기반으로 한 소자의 전원을 개발하는 것이 큰 목표가 될 수 있을 거 같습니다.
이번에 개발한 ‘전고체 이차전지용 전도성 바인더’는 무엇인가요?
우리가 현재 사용하고 있는 전지는 액체 전해질 기반의 리튬 이온 전지입니다. 문제는 열이 올랐을 때 쉽게 불이 붙을 수 있다는 점인데요. 그런 사고를 막기 위해 액체 전해질을 고체 전해질로 바꾼 것이 전고체 이차전지입니다. 고체는 온도가 높아지고 충격을 받아도 폭발할 가능성이 적거든요. 리튬 이온 전지는 전지 내에서 리튬 이온이 양극과 음극을 반복적으로 이동하며 에너지를 저장하고 사용하는 소자인데, 바인더라는 소재는 전극 내에서도 리튬 이온이 잘 이동할 수 있도록 돕는 역할을 할 수 있습니다. 리튬 이온 전지는 액체 전해질로 구성되어 있기 때문에 이미 스며들어 있어서 바인더가 도움이 될 수 있지만 효과는 미미한 실정이었습니다. 하지만 전고체 이차전지의 경우 고체 전해질이 액체 전해질과 달리 스며들기 어렵기 때문에 리튬 이온의 이동 경로를 확보하기 쉽지 않습니다. 그런 경우에 리튬 이온이 잘 이동할 수 있도록 전도성 바인더가 도움을 줄 수 있습니다.
전고체 이차전지용 전도성 바인더가 상용화 된다면
어떻게 사용될까요?
전지에는 양극과 음극이 있는데, 저희가 개발한 바인더는 양극보다는 음극에 적합한 바인더입니다. 그래서 전도성 셀룰로오스 음극 바인더라고 부르고 있어요. 저희가 사용하고 있는 모든 배터리들은 다 흑연을 음극으로 사용하고 있습니다. 즉, 저희가 개발한 바인더는 흑연에 적합한 바인더이기 때문에 흑연으로 이루어진 음극 전극을 만드는 데 쓰는 바인더로 사용될 것 같습니다.
전고체 이차전지용 전도성 바인더의 기대효과는?
기존 비전도성 바인더보다 전도 특성을 향상시킬 수 있는 성능적 측면에서 기대가 큽니다. 또 연구진이 개발한 공정을 최적화하는 과정을 통해서 전도성 바인더를 만드는데 필요한 원가나 시간을 줄일 것이라 생각합니다. 기존 전극생산공정에서 크게 벗어나지 않으면서 성능이 향상된 전극 제작이 가능할 것으로 예상됩니다.
향후 박사님의 계획과 목표가 있다면?
현재 리튬 이차전지 산업은 친환경화라는 기조 속에서 지속 가능한 성장을 가능하게 할 수단으로 여겨집니다. 오는 2025년에는 반도체 시장보다 이차전지 시장이 더 커질 것으로 전망됩니다. 전지는 우리 생활에 매우 친숙하고 관련 산업 경제 규모도 급격히 성장했지만, 연구개발 측면에서 보면 아직도 해결해야 할 숙제들이 많이 있습니다. 앞으로 전지는 전기자동차와 같은 중대형 전원으로 적용될 것입니다. 이때 전지가 폭발해 사람이 크게 다치거나 목숨을 잃어서는 안 됩니다. 이에 따라 전고체 전지 같은 안전한 전지 개발을 위한 노력이 꾸준히 이뤄지고 있으며 지속적인 연구 또한 필요합니다. 다만, 전고체 전지는 아직 상용화를 위해서는 갈 길이 멀다고 생각합니다. 그만큼 최적화해야 할 요소들이 많은 기술이기 때문에 단위 소재부터 설계, 조립에 이르기까지 연구개발로 해결해야 할 분야가 많습니다. 연구진은 이렇게 풀어야 할 과제들을 하나씩 해결해 나갈 수 있도록 지속적인 연구수행이 목표입니다. 향후 연구개발을 통해 성과를 이룬 기술을 관련 기업에게 기술이전 하고 논문이나 특허출원을 통해 학문적으로도 발전시키는 것이 연구진의 한결같은 마음입니다.
