전기차 고속충전·오래 달리게 할 ‘바인더’ 개발

박수진·유자형 교수팀 공동연구

전기차를 더 빨리 충전하고 더 오래 달리게 할 수 있는 ‘바인더’가 개발됐다.

6일 포스텍에 따르면 포스텍 박수진(사진) 교수팀과 UNIST(울산과기원) 유자형 교수팀이 공동연구로 상온에서 가교가 가능한 천연 고분자 바인더를 개발했다. 이 연구 결과는 학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼스’에 게재됐다.

실리콘은 배터리의 용량과 충전 속도를 높일 수 있다는 장점이 있지만, 전기 전도도가 낮고 충전과 방전 시 부피가 3배 이상 팽창해 물질 간 연결이 잘 깨진다는 문제가 있었다. 또 가교를 위해서는 섭씨 100도 이상 고온의 열처리가 필요했다.

공동연구팀은 실리콘 전극의 구조적 안정성을 높이고 동시에 이온 전도도 향상을 위해 천연 고분자와 결합가능한 붕산과 폴리에틸렌옥사이드 기반의 다기능성 가교제 개발에 성공했다.

이번에 개발된 가교제는 전체 전극의 1% 중량만으로 천연 고분자와의 가교를 통해 실리콘 전극의 성능을 향상시키고, 수명을 4배 이상 늘릴 수 있다. 특히 상온에서 가교할 수 있어 고온 열처리를 필요로 하는 제조공정을 필요로 하지 않는다. 또 추가로 가교 촉매제를 넣어주지 않아도 충·방전 시 팽창으로 끊어진 연결을 다시 이어주는 자가 치유기능이 있어 강한 접착력을 가지는 것도 확인됐다.

연구팀은 새롭게 개발된 다기능성 가교제를 활용하면 전체 전극의 약 1% 첨가만으로 실리콘 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상시킬 수 있고, 기존의 고성능 고분자 바인더에서 쓰이는 복잡한 공정을 간소화할 수 있다고 설명했다.

박 교수는 “가교제와 결합된 천연 고분자 바인더는 자가 치유능력, 강한 결합력, 빠른 리튬 이온 전달 특성이 있어 두꺼운 실리콘 전극 제조에도 안정적으로 적용이 됐다”며 “고속충전이 가능한 고용량 2차전지를 필요로 하는 전기 자동차 산업에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

포항=장영태 기자 [e-mail]