DGIST, ‘양초 성분’ 활용 친환경 배터리 전극 기술 개발

대구경북과학기술원(이하 DGIST)이 에너지공학과 김진수 교수 연구팀이 파라핀 소재를 적용해 건식 전극 공정의 한계를 극복한 새로운 전극 바인더 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 기술은 별도의 프라이머(접착층)나 유기용매 없이 전극을 제조할 수 있는 것이 특징이다.기존 배터리 전극 제조는 재료를 유기용매에 섞어 코팅한 뒤 건조하는 습식 공정이 주로 쓰였다. 하지만 이 방식은 에너지 소비와 탄소배출이 많고, 두꺼운 전극 제작에도 한계가 있었다. 이에 따라 최근 배터리 업계에서는 공정 비용과 탄소 배출을 줄일 수 있는 건식 전극 기술 개발에 속도를 내고 있다.다만 기존 건식 전극에 쓰이던 PTFE 계열 바인더는 가격이 높고, 과불소화합물(PFAS) 규제 문제와 낮은 접착력 탓에 별도 습식 접착층이 필요한 한계가 있었다.연구팀은 실험실용 밀봉 필름인 파라필름의 주성분이 파라핀과 폴리에틸렌이라는 점에 착안해 이를 건식 전극 바인더로 활용했다. 그 결과 60℃의 비교적 낮은 온도에서도 활물질을 안정적으로 고정하고, 집전체에 별도 습식 접착층 없이 전극 제조가 가능한 것으로 나타났다.또 기존 불소계 바인더 대비 비용은 95% 수준까지 줄이고, 지구온난화지수(GWP)는 2200분의 1 수준으로 낮췄다고 DGIST는 설명했다. 전극 내부 분포의 균일성과 이온 전달 특성도 우수했으며, NCM811 양극재 기준 1000회 이상 충·방전 후에도 안정적인 성능을 유지했다.연구팀은 3㎝×4㎝ 규모 파우치셀 제작과 트윈스크류 연속 압출공정 적용을 통해 상용화 가능성도 확인했다. 현재 원천기술 특허 권리를 확보하고 관련 기업을 대상으로 기술이전을 추진할 계획이다.김진수 교수는 “이번에 개발한 파라필름 바인더는 건식 공정의 경제성과 친환경성을 극대화할 수 있는 핵심 원천기술”이라며 “지속가능한 배터리 제조 기술 공급을 통해 한국 배터리 산업의 주도권 강화에 기여할 것”이라고 말했다.이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업과 DGIST 스타트업 펀드 지원을 받아 수행됐으며, 김민경·유태균·장성빈 연구원이 제1저자로 참여했다.