자동차 부품 및 소재 기업 아이엘이 전극·전해질 계면 저항 문제를 획기적으로 개선하는 핵심 계면제어 기술을 확보했다고 2일 발표했다. 전극·전해질 계면 저항은 박막공정 기반 소형 전고체배터리의 상용화에 있어 가장 큰 난제로 꼽히던 문제다.
기존 박막공정 기반의 마이크로 전고체배터리는 우수한 안정성 및 성능 구현이 가능하여 휴대형 기기, 플렉서블 기기, 무선 식별 시스템(RFID), 에너지 수확 시스템, 의료용 디바이스, 군용 디바이스 등 다양한 분야에서의 적용이 기대됐다.
하지만 그동안 시장에서 요구하는 용량 구현에 한계가 있어 본격적인 시장확보에 제한을 받았다. 기존 박막공정에서는 전극 두께가 두꺼워질수록 막의 응력이나 이물 성장으로 인해 불량이 발생해 용량 증가에 제약이 있었기 때문이다.
특히 일반적인 습식·건식 제조공정으로는 두께 구현은 가능하지만, 계면이 거칠어 박막 고체전해질의 균일한 코팅이 불가능했다.
아이엘은 이러한 문제를 해결하기 위해 펨토 레이저 기반 전극 수리장치를 고안했고, 최근 검증을 마침으로써 박·후막 하이브리드 형태의 소형 전고체배터리 구현을 가능하게 했다. 아이엘이 확보한 핵심기술은 그 동안 고용량 구현에 가장 큰 장애물이 되었던 전극·전해질의 계면 문제를 크게 개선했다.
회사는 이 문제를 풀기 위해 2023년 가천대로부터 ‘전고체 박막 전지용 전극 수리장치 및 수리방법, 전고체 박막 전지 제조방법’ 특허를 기술이전 받아 연구개발하며 최근 데모 설비를 통한 검증을 완료했다. 특허기술을 활용해 용량 증가와 함께 공정 개선을 동시에 실현할 수 있는 가능성을 확인했다.
회사 측에 따르면 해당 기술 적용 시 소형 전고체배터리의 용량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 수율 증가도 가능해 상용화에 큰 돌파구가 될 전망이다.
아이엘 관계자는 “아이엘의 전극·전해질 계면제어 핵심기술은 기존 박막형 전고체배터리의 한계를 넘어 실제 다양한 분야에 획기적으로 적용이 가능한 고용량의 제품 구현을 가능하게 할 것으로 예상된다”며 “이번 성과를 기반으로 양산형 설비 개발, 제조 비용 감소를 위한 연구도 이어갈 것”이라고 말했다.
아이엘은 이번 성과를 기반으로 박막공정 기반의 소형 전고체 배터리부터 리튬메탈 음극 기반 고용량 전고체 배터리까지 아우르는 포트폴리오를 구축했다.
이를 통해 웨어러블·소형 디바이스 시장은 물론, 휴머노이드 로봇과 전기차 등 차세대 모빌리티 분야까지 확장 가능한 기술 경쟁력을 확보했다.
은정진 기자 silver@hankyung.com