차세대 전지 제조 ‘최적 설계 기술’ 개발했다

가천대·아주대 공동 연구팀
“건식 전극 공정서 방법 제시”

가천대 화공생명배터리공학부 최정현 교수 연구팀이 아주대 첨단신소재공학과 조성범 교수 연구팀과 공동으로 차세대 전지 제조 기술로 주목받는 건식 전극 공정의 최적 설계 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 건식 전극 공정에서 중요한 역할을 하는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 바인더의 섬유화 메커니즘을 규명하고, 입자 단위와 장비 단위에서의 최적 공정 조건을 도출한 데 있다.

최근 전기차는 높은 차량 가격과 1회 충전 시 주행거리 제약으로 보급 확대에 한계를 보인다. 이를 극복하기 위해 전지의 에너지 밀도를 높이는 후막 전극 기술이 요구되지만, 기존 습식 전극 공정은 전극 두께가 증가할수록 바인더 이동과 균열이 발생하는 구조적 한계를 지니고 있다.

이를 대체할 기술로 용매 없이 활물질과 PTFE 바인더를 혼합해 전극을 제조하는 건식 전극 공정이 주목받고 있지만, 전극 성능을 좌우하는 바인더 섬유화 거동에 대한 이해 부족으로 공정 설계는 그동안 경험에 의존해왔다. 공동 연구팀은 실험적 분석과 인공지능(AI) 기반 시뮬레이션을 결합해 PTFE 바인더의 섬유화 거동을 체계적으로 규명하고, 재현성과 신뢰도를 높인 공정 설계 방법론을 제시했다.

최 교수는 “건식 전극 공정은 배터리 제조 공정의 구조적 한계를 극복할 수 있는 핵심 기술”이라며 “실험과 AI 시뮬레이션을 결합해 소재와 공정을 동시에 설계할 수 있는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 네이처 포트폴리오 저널 ‘커뮤니케이션즈 머티리얼즈’에 게재됐다.

김태희 기자 kth08@kyunghyang.com

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