일본 한 대학 교수팀이 3차원(D) 프린터로 전고체 배터리를 만드는 기술을 개발했다. 고온 공정을 거치지 않는 것은 물론 단기간에 생산 가능한 기술로 알려졌다. 현지에서는 전고체 배터리를 조기 상용화하는 데 도움이 될 것으로 기대했다.
10일 니혼게이자이신문(닛케이)은 최근 도호쿠대 혼마 이타루 교수와 고바야시 히로시 조교수 등이 경도를 자유롭게 바꿀 수 있는 재료를 사용해 3D 프린터 기반 전고체 배터리 생산 기술을 개발했다고 보도했다. 몇 시간 만에 만들 수 있는 것은 물론 기존 고온 공정도 필요 없다. 시제품으로 제작한 배터리는 다양한 성능 시험을 통과하는 등 일정한 성능도 갖춘 것으로 확인됐다.
전고체 배터리는 고출력에 소형화하기 쉽고, 발화 가능성이 낮다. 전기자동차(EV) 산업계는 차세대 제품으로 주목하며 대형 투자에 나서는 추세다.
연구팀은 당초 전고체 배터리에 사용하기 위한 부드러운 전해질막을 연구했다. 리튬 이온이 쉽게 움직이게 하는 특수 액체와 산화규소를 섞으면 소프트 콘택트렌즈 같은 글라스막이 생긴다. 산화규소 비중에 따라 부드러워지는 정도를 조정할 수 있다.
이번 연구에서는 해당 전해질막에 포함된 산화규소 비중을 50%로 늘려 젤 형태를 구현했다. 여기에 적외선 쏘여 굳힌 수지를 혼합해 3D 프린터로 조형할 수 있도록 했다. 실험에서는 잉크 형태 전해질을 사용, 3D 프린터로 배터리를 만들 수 있는 것을 확인했다.
연구팀에 따르면 약 2시간만에 완성할 수 있다. 시제품으로 만든 배터리는 100회 이상 충방전 가능했던 것은 물론 점화 시험 등을 거쳐 안전성도 확인했다. 닛케이는 이 같은 연구 결과에 따라 앞으로 전고체 배터리 제조 비용을 대폭 절감할 수 있을 것으로 기대했다.
전해질 이온 이동 속도를 개선해야 해야 하는 것은 과제다. 이번 기술을 적용하면 리튬 이온이 빠르게 이동하기 어려워 큰 에너지를 낼 수 없다고 지적했다. 연구팀은 재료 등을 개선해 이온 이동속도를 향상시킬 계획이다. 센서, 웨어러블 기기 등을 시작으로 향후 전기자동차(EV)에 탑재하는 수준으로 품질을 끌어올리는 것이 목표다.
윤희석기자 pioneer@etnews.com
