세계에서 가장 빠른 축전지 전극 제조기술 개발

칼스루헤 공과대학교 과학자들이 세계 최초로 분당 100m까지 3배 이상 일괄처리 제조방식으로 전극 호일 코팅 제조 속도를 향상시키는데 성공했다. 이것은 높은 정밀도와 빠른 속도로 어떠한 패턴에 대한 생산도 가능케 하는 플렉시블한 슬롯 다이 프로세스에 의해 가능했다. 특허를 받은 새로운 기술 덕분에, 전극 호일 생산속도는 3배까지 향상되었다. 결과적으로, 리튬-이온 축전지는 더 낮은 가격으로 제작이 가능하다.

리튬-이온 축전지는 에너지 시스템의 변환을 위해 중요하다. 이 축전지는 전기자동차의 운행이나 변동이 많은 재생에너지로부터의 전기 저장에 필요하다. 그런데, 높은 비용이 여전히 중요한 도전으로 기술경쟁력을 갖추기 위해서는 이것과 경쟁해야 한다. 3년간의 연구 이후에, 칼스루헤 공과대학교 열 프로세스 엔지니어링 연구소(Institute of Thermal Process Engineering)의 박막필름 기술 그룹의 빌헬름 샤벨(Wilhelm Schabel) 교수와 필립 샤퍼(Philip Scharfer) 박사가 지도하는 연구팀이 실제 에너지 저장시스템인 전극 호일의 단속 생산을 분당 100mm까지 향상시키는데 성공했다. 지금까지, 부당 25~35m 정도가 산업계의 가장 최신 기술이었다. 프로젝트 [Competence E] 내에서, 과학자들은 혁신적인 코팅 기술개발에 성공했는데, 이것은 연속 코팅 생산에 사용가능할 뿐 아니라 고정밀도의 패턴 특성에도 적용가능하다. 이 발명은 특허가 제출되었다.

전극 호일을 생산할 때, 활성 물질, 카본 블랙, 바인더, 솔벤트 그리고 첨가제를 포함한 슬러리가 애노드 재질인 구리나 캐소드 재질인 알루미늄으로 제작된 기질 호일에 적용된다. 코팅은 종종 연속적으로 프로세싱되지만, 단속 코팅은 다음 단계의 프로세스를 위한 우수한 프로세스 능력과 관련이 있다. "단속 코팅의 경우, 코팅 속도와 무관하게 미리 정의된 출발과 정지 가장자리가 필요하다. 우리가 개발한 프로세스에서는, 이것이 슬롯 다이와 같은 코팅 헤드에서 제어된 방식으로 앞뒤로 신속하게 움직이는 멤브레인에 의해 이루어진다."라고 샤벨( Schabel) 교수는 설명했다. 다른 이동 부품은 불필요하다. 이것은 분당 1,000개까지의 전극 패턴 정도 되는 높은 주기와 높은 정밀도의 코팅을 가능케 한다. 멤버레인 파라메타의 최적화를 통해, 이 프로세스는 코팅 매개체의 특성에 잇는 그대로 적용될 수 있다. 독일 엔지니어링 협회(VDMA, German Engineering Association)는 그들의 축전지 생산 로드맵(Roadmap for Battery Production)에서 2030년까지 분당 100m의 코팅 속도 도달이 목표라고 밝힌 바 있다. 이 목표는 오늘 칼스루헤 대학교의 연구결과에 의해 돌파된 것이다.

이 신기술을 통해, 전극 생산은 같은 투자비용으로 3배 정도 향상될 수 있다. 결과적으로, 리튬-이온 축전지의 생산비용은 엄청나게 절감이 가능하다. 비슷한 프로세스를 사용하여, 이 대학교 과학자들은 이미 파일럿 규모에서 전기자동차용 전극 생산에 이미 성공했다. 칼스루헤 공과대학교 [Competence E] 프로젝트 책임자인 안드레이 굳쉬(Andreas Gutsch) 박사는 다음과 같이 지적했다. "나선형으로 감긴 리튬-이온 축전지의 생산을 위해 칼스루헤 공과대학교에서 개발되고 특허를 가진 헬릭스 기술(helix technology)과 결합된 새로운 코팅 기술은 비용분야의 리더십에 도달할 가능성을 제공한다."               

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 세계에서 가장 빠른 축전지 전극 제조기술 개발