한국자동차연구원 에너지소재연구센터 김종민 책임연구원 연구팀이 전극 코팅용 혼합 슬러리를 제조하고 있다. [한국자동차연구원 제공]

[헤럴드경제=정경수 기자] 한국자동차연구원은 차세대 보급형 배터리로 주목받는 리튬망간인산철(LMFP) 배터리와 나트륨 전지의 전극 관련 기술 2건을 국내 배터리 전극 전문기업 JR에너지솔루션에 이전했다고 27일 밝혔다.

이번에 이전된 기술은 LMFP 배터리의 망간 용출을 억제하는 전극 바인더 기술과 나트륨 전지의 초기 용량 손실을 줄이는 희생양극 코팅 기술이다. 두 기술 모두 기존 전극 제조 공정에 적용할 수 있어 별도 설비 투자 부담을 낮춘 것이 특징이다.

LMFP 배터리는 기존 리튬인산철(LFP) 배터리에 망간을 더해 에너지 밀도를 높인 양극 소재로 평가받는다. 다만 충·방전 과정에서 망간이 전해액으로 빠져나오면 전해액 소모가 늘고 배터리 수명이 짧아지는 문제가 있었다.

한자연은 망간 양이온을 흡착할 수 있는 특수 수계 바인더를 전극에 적용해 이 같은 문제를 줄였다. 연구팀은 해당 기술을 통해 고온 환경에서 망간 용출을 억제하고, 배터리 수명과 저장 성능을 기존 배터리 대비 15% 이상 개선했다고 설명했다. 수계 바인더는 물을 용매로 쓰는 접착 소재로, 배터리 제조 과정에서 전극 소재를 안정적으로 결합하는 역할을 한다.

나트륨 전지는 리튬보다 원재료 가격 부담이 낮아 차세대 저가형 배터리 후보로 거론된다. 그러나 제조 과정에서 충전 뒤 다시 사용할 수 없는 ‘비가역 용량’이 발생해 전체 셀 용량이 줄어드는 점이 상용화의 걸림돌로 꼽혀왔다.

한자연은 양극층 위에 별도의 희생양극 코팅층을 형성하는 방식으로 이 문제를 보완했다. 이 기술을 적용하면 나트륨 전지의 에너지 밀도를 20% 이상 높일 수 있다는 게 연구원 측 설명이다.

한국자동차연구원이 개발한 이온 흡착형 바인더 적용 LMFP 전극 시제품과 3Ah급 전지 셀. [한국자동차연구원 제공]

특히 두 기술은 전극 제조 과정에 큰 변화를 주지 않고 적용할 수 있다는 점에서 산업 현장 활용 가능성이 높다는 평가다. 배터리 업계가 가격 경쟁력과 성능 개선을 동시에 요구받는 상황에서, 기존 생산라인과의 호환성은 상용화 속도를 좌우하는 요소로 꼽힌다.

이번 성과는 한국연구재단의 ‘나노 및 소재기술개발사업’ 지원을 받아 수행한 ‘다차원 물리·화학 구배 기술 기반 고에너지밀도 올리빈계 양극 소재-전극 개발’ 과제에서 도출됐다. 한자연과 JR에너지솔루션은 앞으로 이전 기술의 사업화와 양산 적용 가능성을 검토하며 협력을 이어갈 계획이다.

진종욱 한국자동차연구원 원장은 “이번 기술 이전이 국내 중소·중견 배터리 기업의 사업화 역량 강화에 실질적인 도움이 되기를 기대한다”며 “한자연이 개발한 기술이 산업 현장에서 성공적으로 상용화되고, 나아가 국내 산업 생태계 강화와 글로벌 차세대 배터리 기술 경쟁력 확보로 이어질 수 있도록 지속적인 지원을 아끼지 않겠다”고 밝혔다.