2차전지 수명 높이는 집전체 소재 개발

■ 한국재료연구원

한국재료연구원(재료연)이 2차전지의 에너지 밀도와 수명을 높이는 집전체 소재를 개발하는 데 성공했다.

재료연의 그린 수소 재료연구실에 소속된 이지훈 박사 연구팀은 최근 최인석 서울대 교수, 신중호 강릉원주대 교수팀과 함께 3차원 다공성 탄소계 집전체 소재를 개발한 뒤 이를 2차전지와 슈퍼커패시터에 적용해 에너지 밀도와 수명 특성을 동시에 향상시키는 성과를 냈다.

집전체는 박막 극판 제조의 주요 부품이지만 무겁고 부피가 커 에너지 밀도를 높이거나 경량화하기 어려웠다. 특히 전기차 등 중대형 전기 화학적 에너지 저장장치에서 이런 단점은 더 두드러진다. 반복적인 충·방전으로 인한 금속 집전체의 부식은 전지 수명을 단축하는 원인이기도 하다.

이에 연구팀은 탄소를 소재로 부유 촉매 화학 기상 증착법에 의한 3차원 다공성 구조의 탄소계 집전체를 제작했다. 양산 공정을 고려해 2차전지에서 활용 중인 활물질 코팅 방식을 적용해 전극을 만드는 데 성공했다.

그동안 전해질과 작동 전압 등의 변화에 따라 집전체 소재를 변경해야 했던 기존의 제약 요소를 획기적으로 극복한 것이다. 연구 결과는 재료 분야 학술지인 ‘에이시에스 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시즈(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 5월 18일 자 표지 논문으로도 게재됐다. 연구책임자인 이지훈 선임연구원은 “소재의 본질적인 문제점을 해결해 소형에서 중대형 에너지 저장 장치까지 아우를 수 있는 집전체의 활용 가치를 높일 것”이라고 말했다.

노성열 기자 nosr@munhwa.com