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아이엘사이언스는 우주용 전고체배터리 성능 향상을 위해 3차원(3D) 집전체를 활용한 대용량화 기술에 대한 특허를 출원했다고 17일 밝혔다.

이번에 출원한 특허(10-2024-0134931)는 ‘선택적 표면처리 기반 3D 집전체, 3D 리튬음극 및 전고체배터리 제조방법(Method for Manufacturing 3D Current Collector, 3D Lithium Anode, and All-Solid-State Battery based on Selective Surface Treatment)’이다.

우주용 배터리는 넓은 온도범위, 초고진공에서의 안정성, 방사선 노출에서의 안정성 등 척박한 우주 환경에서 안정적으로 동작해야 하는 차별화된 성능이 요구된다. 지난 8월 아이엘사이언스가 개발한 우주용 전고체배터리의 성능 테스트 결과 -20도(°C)에서 120도 범위의 온도에서 정상 작동했으며 0.66파스칼(Pa) 이하의 고진공 환경에서도 안정성을 유지했다.

아이엘사이언스는 이번에 특허를 출원한 전지 대용량화 기술로 높은 안정성을 가진 리튬음극∙무음극 전고체배터리 구현이 가능해 전고체배터리 관련 다양한 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 특히 선택적 표면처리 기술을 이용해 3D 집전체 기공 내 불균일한 리튬 증착을 방지하고, 덴드라이트(Dendrite) 형성에 의해 기공이 막히거나 전극이 구조적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.

덴드라이트는 이차전지의 충∙방전 시 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때, 음극 표면에 발생해 전지의 수명과 효율을 저하시키는 결정체다. 불규칙한 나뭇가지 형태가 수직으로 쌓이며 분리막을 뚫고 반대쪽 전극에 도달해 전기적 단락을 일으켜 전지의 폭발 위험을 높이는 주요 원인이다.

송성근 아이엘사이언스 대표는 “우주용 소형 전고체배터리 개발에 이어 3D 집전체를 활용한 전지의 용량 증가가 가능할 것으로 기대된다”며 “이 기술을 우주 탐사와 화성 개척 등 우주 산업에 사용되는 태양광 패널과 에너지저장장치(ESS)에 활용해 원활한 에너지 공급이 가능한 대용량 우주용 전고체배터리 기술로 완성시키겠다”고 전했다.

이어 “인류의 미래를 변화시킬 우주용 전고체배터리 대용량화 기술이 아이엘사이언스의 독보적인 혁신기술로 우주 에너지 분야에 중요한 역할을 담당하겠다”고 덧붙였다.

아이엘사이언스의 배터리 연구개발(R&D) 센터에서는 가천대학교 윤영수 교수팀과 3D 집전체 기술을 활용해 대용량화 기술을 실현하기 위해 협력하고 있다. 아울러 한∙이스라엘 국제공동 연구개발 프로그램 ‘라이트하우스(Lighthouse)’의 스마트모빌리티 전기차 분야에서 3D 리튬음극 시트 양산화의 핵심 기술로 활용될 예정이라고 회사 측은 설명했다.

이상규 기자