DGIST, 파라핀 소재 활용해 환경오염 없는 배터리 건식 전극 기술 개발

사진 왼쪽부터 DGIST 에너지공학과 김진수 교수, 김민경·유태균·장성빈 연구원. DGIST 제공.

대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 김진수 교수 연구팀은 양초의 주성분인 파라핀 소재를 활용해 배터리 제조의 난제로 꼽히던 건식 전극 공정의 한계를 극복하고, 가격은 낮추면서 환경 오염은 없앤 새로운 건식 전극 바인더 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

현재 전세계 배터리 산업은 에너지 효율을 높이고 환경 부하를 줄이기 위해 기존 습식 전극 공정(Wet process)에서 건식 전극 공정(Dry process)으로의 전환을 서두르고 있다. 습식 공정은 배터리 재료를 유기 용매에 섞어 슬러리 형태로 코팅한 뒤 거대한 오븐에서 건조하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 높은 에너지 소비와 탄소배출, 그리고 높은 운영 비가 발생하며, 용매 건조시 발생하는 소재의 불균일한 이동 문제로 인해 두꺼운 후막 전극을 만드는 데 한계가 있었다.

하지만 건식 전극 공정은 배터래 소재를 입자 상태로 압착해 전극을 만드는 기술로, 기존 습식 방식 대비 공정 비용과 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있다. 그러나 건식 전극의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더 소재는 비싼 가격, 과불소화합물(PFAS) 환경 규제 문제, 그리고 낮은 접착력으로 인해 별도의 접착층 습식 코팅이 필요한 한계를 지니고 있다.

이에 DGIST 에너지공학과 김진수 교수 연구팀은 양초의 주원료인 파라핀을 배터리 제조에 도입했다. 연구팀은 실험실용 밀봉 필름인 파라필름(Parafilm® M)의 주성분이 파라핀과 폴리에틸렌이라는 점에 착안해 새로운 배터리 건식 전극 바인더로 적용하는 데 성공했다.

DGIST 김진수 교수는 "우리가 개발한 파라필름 바인더는 건식 공정의 경제성과 친환경성을 극대화할 수 있는 핵심 원천기술"이라며, "지속가능한 배터리 제조 기술 공급을 통해 한국의 배터리 산업 주도권을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업과 DGIST 스타트업 펀드 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 김민경, 유태균, 장성빈 연구원이 제1저자로 세계적인 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 2025년 12월호에 게재됐다.