꿈의 신소재 ‘탄소나노튜브’, 차세대 이차전지 건식공정 혁신 기술 개발

한국전기연구원(KERI) 나노융합연구센터 한중탁 박사팀이 차세대 이차전지의 친환경 건식 공정에 적용할 수 있는 ‘고분산성 탄소나노튜브(CNT) 파우더 제조 기술’을 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 CNT의 응집 문제를 해결하며 이차전지의 성능 향상과 제조 공정 간소화를 동시에 실현할 수 있어 주목받고 있다.

CNT는 강철보다 100배 강하고 전기전도도는 구리에 버금가는 신소재로, 기존 이차전지 도전재인 카본블랙에 비해 유연성과 전기전도성이 뛰어나다. 소량의 CNT만 첨가해도 에너지 밀도를 크게 높일 수 있지만, 응집 현상이 심해 균일한 분산이 어렵다는 단점이 있었다. 특히, 용매를 사용하지 않는 건식 공정에서는 이러한 문제로 인해 CNT의 상용화가 어려운 상황이었다.

한중탁 박사팀은 CNT를 파우더 형태로 제조하면서 응집을 최소화하는 기술을 개발했다. 이 기술은 CNT가 파우더 상태에서도 서로 엉키지 않고 분리된 상태를 유지하도록 제어하는 방식으로, 건식 공정에서도 활물질과 바인더와의 균일한 혼합을 가능하게 했다. 이를 통해 고전도성과 고용량을 동시에 갖춘 차세대 이차전지 제조의 가능성이 열렸다.


건식 공정은 유독성 용매를 사용하지 않기 때문에 기존 습식 공정 대비 친환경적이다. 습식 공정에서 필수적인 유기용매와 고온 건조 과정이 생략되면서 이산화탄소 배출을 줄이고, 공정 단순화로 생산비용까지 절감할 수 있다. 이러한 특징은 글로벌 전기차 제조업체를 포함한 관련 업계에서 큰 주목을 받고 있다.

해당 기술은 리튬황전지와 전고체전지 등 고용량과 두꺼운 후막 음극/양극 제조가 필요한 차세대 전지로의 응용 가능성도 열어주었다. 한중탁 박사는 “건식 공정에서 CNT를 효과적으로 분산한 것은 세계 최초이며, 이는 차세대 이차전지 기술의 초격차를 확보하는 데 크게 기여할 것”이라고 강조했다.

KERI는 관련 기술에 대해 국내 특허 출원을 완료했으며, 다양한 후막 전극 제작에 적용해 검증을 진행 중이다. 또한, 리튬황전지와 전고체전지 분야의 수요 기업을 발굴해 기술 이전을 추진할 계획이다.

과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관인 KERI의 기본사업과 창의형융합연구사업의 지원을 받아 수행했다.