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왼쪽부터 김희중 인하대 고분자공학과 교수, 심지민 서울대 화학교육과 교수. |
[대학저널 이선용 기자] 인하대학교는 김희중 고분자공학과 교수 연구팀이 차세대 리튬이온전지에 적합한 고분자 바인더 구조를 설계해 에너지밀도가 높은 리튬이온전지를 구현했다고 26일 밝혔다.
김희중 교수 연구팀은 심지민 서울대 화학교육과 교수 연구팀과 공동연구를 통해 이같은 연구성과를 달성했다.
고분자 바인더는 이차전지 전극에 필요한 고분자 소재다. 배터리 용량을 내는 활물질 분말과 전자 이동을 돕는 도전재 분말을 고르게 분산시키고 집전체 기판에 붙이는 ‘접착제’ 역할을 한다. 이때 고분자 바인더는 용량에 기여하지 않는 소재이기 때문에 소량만 사용해도 전극 구성 물질들을 강하게 결착시키는 특성이 있다.
연구팀은 기존에 연구되고 있는 일률적인 고분자 구조에서 벗어나 구조 모듈화를 통해 결착력과 분산성이 최적화한 고분자 바인더를 합성했다. 기계적으로 안정된 고분자 뼈대를 기반으로 결착성과 분산성이 우수한 분자들을 가지로 가지는 고분자 구조를 설계해 소량의 바인더 사용으로도 전극 물질을 고르게 분산시키고 접착하는 최적의 물성을 구현했다.
해당 바인더는 기존 상용 PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드) 바인더와 비교했을 때 매우 우수한 배터리 용량·수명을 보이는 것으로 나타났다.
연구팀은 개발한 고분자 바인더가 소량만 사용해도 우수한 접착력을 가지는 특성을 이용해 고용량 하이니켈(High-Ni) 양극 활물질을 다량으로 함유하는 두꺼운 전극을 제조한 뒤 에너지 밀도가 높은 리튬이온전지를 구현하는 데 성공했다. 이는 한 번 충전으로 장거리를 주행할 수 있는 전기차 생산·개발에 이바지할 것으로 기대된다.
김희중 인하대 고분자공학과 교수는 “공동연구팀이 가지고 있는 고분자 합성 기술과 차세대 이차전지 기술을 결합해 실제 산업 제품에 적용할 수 있도록 연구를 이어갈 계획”이라며 “활발한 해외 학술활동과 교류를 통해 글로벌 친환경 트렌드를 선도하는 연구도 진행할 것”이라고 말했다.
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