DGIST, ‘양초 성분’ 활용 차세대 배터리 건식 공정 한계 넘었다

DGIST(대구경북과학기술원) 연구진이 흔히 사용하는 양초의 주성분인 파라핀 소재를 이용해 배터리 제조의 난제로 꼽히던 건식 전극 공정의 기술적 장벽을 허무는 데 성공했다.

DGIST 에너지공학과 김진수 교수 연구팀은 기존 건식 공정에서 사용되던 값비싼 바인더를 대체할 ‘파라핀 기반 신규 건식 바인더’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구는 기존 습식 공정의 환경 오염 문제를 해결함과 동시에 건식 공정의 경제성을 획기적으로 높인 성과로 평가받는다.

현재 배터리 업계는 유기 용매를 건조하는 과정에서 막대한 에너지 소비와 탄소 배출이 발생하는 습식 공정 대신, 소재를 입자 상태로 압착하는 건식 공정 도입을 서두르고 있다. 하지만 건식 공정에 필수적인 PTFE 바인더는 가격이 비싸고 환경 규제 물질인 과불소화합물(PFAS) 문제를 안고 있으며, 접착력이 낮아 별도의 접착층 코팅이 필요한 한계가 있었다.

김 교수팀은 실험실용 밀봉 필름인 파라필름의 주성분이 파라핀과 폴리에틸렌이라는 점에 착안해 이를 바인더로 적용했다. 파라필름 바인더는 60도 저온에서 활물질을 고정할 수 있어 별도의 접착층 없이도 전극 제조가 가능하다. 이를 통해 기존 대비 바인더 비용을 95% 수준으로 낮췄으며, 지구온난화지수(GWP)를 2200분의 1로 줄이는 파격적인 성과를 거뒀다.

연구팀은 NCM811 양극재를 적용한 실험에서 1000회 이상의 충방전 후에도 성능 저하가 없는 안정적인 수명 특성을 확인했다. 또한 트윈스크류 연속 압출 공정을 통해 상용화 가능성을 검증했으며, 현재 관련 원천기술 특허를 확보하고 기업 대상 기술이전을 추진 중이다.

김진수 DGIST 교수는 “이번에 개발한 파라필름 바인더는 건식 공정의 경제성과 친환경성을 극대화할 수 있는 핵심 원천기술”이라며 “지속 가능한 배터리 제조 기술 공급을 통해 한국 배터리 산업의 주도권을 높이는 데 기여하겠다”라고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2025년 12월호에 게재되며 학술적 가치를 인정받았다.