서강대 연구팀, '완전 순환형 재활용 배터리 바인더' 개발

친환경 배터리 기술 연구 '화학공학저널' 게재

전극 구성 성분 전체 회수…실리콘 음극재 한계 해결

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 서강대학교는 화공생명공학과 류재건 교수 연구팀이 '이중 동적 상호작용 기반 완전 순환형 재활용 가능 실리콘 음극재용 바인더'를 새롭게 설계했다고 7일 밝혔다.

연구는 권진용 석박통합과정생이 제1저자로 참여해 한국화학연구원 연구진과의 협력으로 진행됐다.

현재 실리콘 기반 음극재는 다량 존재하고 높은 에너지밀도를 보여 차세대 리튬 이온 배터리용 음극재로 주목받는다. 이는 충방전 과정 중 성능 열화로 인해 공유 결합형 또는 가교형 바인더를 사용하는 전극 안정화가 필수적이다.

하지만 이러한 바인더는 전지 구동 후 회수·분리가 어려워 전지 재활용에 적합하지 않다는 한계가 있어, 연구진은 입체장애 우레아 상호작용과 보로닉 에스터 상호작용이 동시에 가능한 새로운 바인더를 도입했다.

이를 통해 전극 내 가역적 가교형 네트워크 형성으로 전극의 기계적 물성을 높이며 내부에서 자가 치유를 하도록 제어했다. 이러한 설계는 성능을 향상할 뿐만 아니라 기존의 고온/산 처리 기반 재활용에 대비해 회수한 물질의 완전 재활용이 쉽다는 장점이 있다.

연구팀이 해당 바인더(C15DDB) 전지를 실험한 결과 2시간 충·방전 조건에서 250회 사이클링 후에도 초기 용량의 82%를 유지했으며, 재활용한 전지에서도 안정적인 사이클 수명 특성을 확인했다.

류 교수는 "이번 연구는 동적 공유결합형 바인더를 활용해 전지 구동 이후 모든 전극 구성 성분의 분리, 회수 및 재활용을 시도한 최초의 접근"이라며 "향후 친환경·고에너지밀도 이차전지 설계에 중요한 영감을 줄 수 있을 것"이라고 밝혔다.

해당 성과는 화공분야 국제 학술지 '화학공학저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐으며, 과학기술정보통신부·한국연구재단과 한국화학연구원의 지원을 받아 수행됐다.

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