집전체를 제거한 적층형의 신개념 이차전지를 개발한 한국전자통신연구원 연구팀. 김주영(왼쪽부터) 박사, 이윤호 위촉연구원, 최재철 박사 [ETRI 제공]

국내 연구진이 이차전지의 에너지밀도를 약 20% 향상시킬 수 있는 셀 설계 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 집전체를 제거한 새로운 이차전지 셀 설계 방안을 제시했다고 13일 밝혔다.

집전체 제거로 이차전지의 무게를 줄이고, 이를 통해 무게 대비 성능인 에너지밀도를 안정적으로 개선, 높이는 방식이다. 이차전지는 스마트폰, 전기자동차, 무인 항공기 등 일상생활과 산업 전반에서 활용되는, 12대 국가전략기술 중 하나로 손꼽힌다.

이차전지의 에너지밀도는 전지가 적용된 기기의 사용 시간과 설치 공간 등에 큰 영향을 미쳐, 이차전지의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나다. 이에 따라 이차전지의 에너지밀도를 개선하기 위해 소재 단위에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 광물 매장지역의 불균일성, 특정 원소의 희소성, 자원 수급 상황에 따른 가격 변동 등의 요인이 큰 장애물이었다.

이러한 문제 해결을 위해 ETRI 연구팀은 소재 의존성을 줄이는 동시에 에너지밀도를 개선하는 방안을 제시했다. 이차전지에서 집전체를 완전히 배제하는 새로운 설계 방식을 고안하고 이를 검증한 것이다. 집전체는 이차전지가 충·방전될 때 음극과 양극에서 전기적 반응이 일어날 수 있도록 돕는 역할을 한다. 그러나 집전체의 높은 밀도는 전지의 무게를 증가시키는 원인이 되기도 했다.

ETRI 연구팀은 집전체 없이 분리막 위에 전극을 직접 도포하는 혁신적인 전극 설계 방안을 제시했다. 또 친환경적이고 가격경쟁력이 우수한 수계 공정을 적용, 이 설계의 적용 가능성을 한층 더 높였다.

이번 연구 성과는 에너지 소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’에 지난 10월 22일 게재됐다.

구본혁 기자