UNIST는 에너지화학공학과 이동욱 교수팀이 전기 전도성과 수중 접착력이 모두 뛰어난 반결정성(semicrystalline) 고분자 바인더를 개발했다고 27일 밝혔다.
배터리 전극은 여러 물질이 섞인 복합구조로, 이들을 단단히 접착해주는 바인더가 성능을 좌우한다. 해수전지는 물속에서 장시간 작동해야 하므로, 수중 접착력을 지니면서도 전기까지 잘 전달할 수 있는 바인더 개발이 꼭 필요했다.
연구팀이 설계한 반결정성 바인더는 하나의 물질 안에 비결정성과 결정성 영역이 섞여 있는 구조라 접착력이 뛰어나고 전기도 잘 흐른다.
고분자가 규칙적으로 배열된 결정성 영역은 전자가 곧게 이동할 수 있는 통로를 제공해 전기 전도성을 높이며, 비결정성 영역에서는 고분자 사슬이 유연하게 움직이면서 표면과 결합하기 쉬워져 접착력에 기여한다.
개발된 바인더를 적용하자, 기존 PVDF 바인더를 쓴 경우보다 수명이 3.3배 늘었다. 새 바인더는 400시간 이상의 중기 안정성과 1200시간의 장기 수명까지 입증했다.
반응 효율에 영향을 주는 과전압도 최대 66% 감소해 같은 조건에서 더 적은 에너지로도 전지 작동이 가능해졌다.
또 충전 대비 방전으로 뽑아 쓸 수 있는 전기에너지양도 26% 증가했으며, 최대 출력도 96% 늘었다.
개발된 바인더는 불소계 화합물을 포함하지 않아 유럽연합의 과불화합물(PFAS) 규제에 대응한 전기차 배터리 소재로도 잠재력이 있다.
연구는 UNIST 에너지화학공학과 강석주 교수·이현욱 교수·김영식 교수·고현협 교수, 반도체소재부품대학원 신태주 교수와 협업으로 이뤄졌다.
이다예기자 ties@ksilbo.co.kr
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