한국세라믹기술원 김정현 박사와 김수연·신성민 연구원은 우주·항공·방위산업 등에 적용되는 차세대 세라믹 전지 원천기술인 친환경 고밀도 세라믹 분리막 제조 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

한국세라믹기술원 전경. 국제신문 DB

연구 성과는 최근 ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)에 논문이 게재됐다.

분리막은 전기가 통하지 않는 절연 소재의 얇은 막으로 전지의 양극과 음극의 직접적인 접촉을 차단하면서 이온만 통과시켜 전류를 발생시키는 역할을 하는 필름이다.

이번에 개발된 세라믹 분리막은 안정성이 낮아 폭발, 발화 등이 발생할 수 있는 리튬이온전지의 액체 전해질 대신 고체전해질로 대체해 사용할 수 있다.

그에 따라 우주·항공·방위산업 등 극한 환경에서 안정적인 구동을 할 수 있는 차세대 세라믹 전지를 만들 수 있는 원천기술을 확보했다.

연구팀은 세라믹 분리막을 습식 공정을 건식 공정으로 대체해 친환경과 고밀도를 구현할 수 있는 새로운 제조 기술을 개발했다.

기존 습식공정 세라믹 분리막은 환경오염을 유발할 수 있는 메틸에틸케톤, 벤질부틸프탈레이트 등의 유해 물질을 사용했고, 밀도가 낮아 상용화가 어려웠다.

연구팀은 건식공정을 적용해 유해물질을 사용하지 않고 세라믹 분말과 바인더만 사용해 하나의 반죽으로 만들어 압연과정을 통해 시트를 제조한 후 소결했다.

압연과정에는 분말 형태의 바인더를 길게 잡아당겨 가느다란 실의 형태로 만드는 바인더 섬유화 기술이 적용됐다. 섬유화된 바인더가 세라믹 분말을 균일하게 분산시켜 안정적으로 지지해 줌으로써 용매 없이도 시트로 제조가 가능하다.

그 결과, 기존 습식 분리막보다 40%가량 높은 밀도와 약 5배 이상의 높은 이온전도도가 나타났다.

한국세라믹기술원 김정현 박사는 “기존 리튬이온전지 적용이 어려운 우주·항공·방위 산업 분야의 극한 환경용 세라믹 전지 개발이 가능하다”고 밝혔다.