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KERI·KIMS, 차세대 배터리 위한 '분무건조 건식 전극 제조기술' 공동 개발 [이코노믹데일리] 한국전기연구원(KERI)과 한국재료연구원(KIMS)이 고용량 이차전지 구현을 위한 ‘분무건조 기술 기반의 고성능 건식 전극 제조기술’을 공동 개발했다고 7일 밝혔다. KERI와 KIMS는 이차전지 건식 공정에 분무 건조 기법을 적용해 내부 물질 간 혼합을 최적화했으며 이를 통해 도전재 함량을 줄이고 활물질 비율을 늘려 고용량 이차전지를 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 분무 건조 기법은 식품이나 제약 업계에서 널리 사용될 정도로 양산성이 검증된 기술이다. 일반적으로 이차전지 전극은 전기에너지를 저장하는 '활물질'과 전기의 흐름을 돕는 '도전재' 그리고 접착제 역할을 하는 '바인더'를 섞어 제조하며 용매 여부에 따라 습식·건식 공정으로 나눠진다. 용매 없이 고체 상태의 파우더를 섞는 건식 공정은 습식 공정 대비 친환경적이고 에너지 밀도를 높일 수 있지만 기존에는 활물질·도전재·바인더를 균일하게 혼합하는데 한계가 있었다. 이번 기술을 개발한 연구진에 따르면 활물질과 도전재를 액체 슬러리 형태로 섞은 다음 유리관으로 된 고온의 챔버에 분사하면 챔버 내부의 높은 온도로 인해 용매가 순식간에 증발되며 고르게 혼합된 활물질-도전재 복합 분말을 얻어낼 수 있다. 이는 커피 농축액을 분사하면서 뜨거운 바람을 가해 고체 형태의 분말을 얻는 커피믹스 대량생산 방식과 동일한 공법이다. 공동 연구진은 다수의 실험을 통해 도전재 함량을 기존 건식 전극 문헌에 보고되는 2~5%에서 0.1% 수준까지 획기적으로 낮췄다. 활물질 함량은 세계 최고 수준인 98%까지 끌어올리는 데 성공했다. KERI 차세대전지연구센터 황인성 선임연구원은 "분무 건조 기법을 통해 전극 내부 소재들을 최적의 형태로 조합해 에너지 밀도와 성능 향상에 기여할 수 있게 됐다"며 "이번 연구 성과는 전고체전지나 리튬황전지 등 차세대 전지 분야에 모두 적용될 수 있다는 점에서 파급력이 크다"고 말했다.2025-04-07 11:23:18
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한국전기연구원, 맥신 활용한 초고해상도 3D 프린팅 기술 개발 [이코노믹데일리] 한국전기연구원 스마트3D프린팅연구팀의 설승권 박사팀이 꿈의 신소재로 불리는 '맥신(MXene)'을 활용해 고해상도의 3D 미세 구조물을 인쇄하는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 설승권 박사팀은 메니스커스 방식을 활용해 낮은 점도로도 고해상도 미세 구조물을 인쇄할 수 있는 3D 프린팅용 나노 잉크를 제조했다. 메니스커스 방식은 물방울 등을 일정 압력으로 지그시 누르거나 당기면 모세관 현상에 의해 물방울이 터지지 않으면서 외벽에 곡면이 형성되는 현상이다. 맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노 물질로 높은 전기 전도성과 전자파 차단 능력을 보유하고 있으며 여러 금속 화학물과의 조합이 용이해 고효율 배터리나 전자기 차폐(shield) 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 하지만 맥신을 3D 프린팅에 사용하려면 별도의 첨가제(바인더)가 필요하며 인쇄에 적합한 최적의 농도로 조절해야 하는 어려움이 있었다. 맥신의 공급량이 많으면 잉크가 노즐을 막고 양을 줄이면 구조물 인쇄가 어려운데다가 첨가제로 인해 맥신 본래의 성질이 손상되기 때문이다. 이번 기술을 사용하면 첨가제 없이 맥신의 특성을 최대한 활용할 수 있으며 결과물이 머리카락 굵기의 100분의1 수준으로 기존 기술 대비 270배 높은 1.3㎛의 인쇄 해상도를 가진다. 이에 따라 3D 인쇄 구조물의 전기·전자 소자의 성능과 활용성도 커졌다. 특히 배터리 등 에너지 저장 장치(ESS )등에 활용하면 구조물의 표면적과 집적도를 높여 이온 전달 효율을 높이고 에너지 밀도를 늘릴 수 있다. 또한 센서의 민감도와 효율을 높일 수 있으며 내부의 다중 반사와 흡수 효과를 증폭해 전자기 차폐 성능을 높일 수도 있다. 설승권 박사는 "이번 기술을 사용하면 별도의 첨가제나 후처리 공정 없이 고강도·고정밀 3D 마이크로 구조물을 얻을 수 있다"며 "맥신 잉크의 농도 조건을 최적화하고 인쇄 공정에서 발생하는 매개변수를 분석하는 데 많은 노력을 기울였다"고 말했다.2025-03-10 09:24:53
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