RWTH 아헨, 다층 전극 양산 공정 개발 — 기존 배터리 생산라인에 끼워 넣는 방식

독일 RWTH 아헨대의 전기모빌리티 부품 생산공학 연구소(PEM)가 여러 파트너와 함께 다층 배터리 전극의 양산 공정을 개발한다. ProMeBa라는 이름의 이 프로젝트는 2026년 6월 시작해 2029년 5월까지 진행되며, 독일 연방경제기후보호부(BMWK) 사업의 일부로 수행된다. 프로젝트 총괄은 네취 게레테바우(Netzsch-Gerätebau)가 맡고, PEM 외에 RWTH 아헨의 ISEA 연구소, 프라운호퍼 IKTS, 브라운슈바이크 공대 iPAT 연구소, 8inks 도이칠란트가 참여한다.

다층 전극은 층마다 구조를 달리 설계해 이온 전달을 개선하고 전극의 기계적 안정성을 높이며, 배터리의 성능과 수명을 끌어올리는 것을 노린다. 다만 단층 구조보다 만들기가 훨씬 까다롭다. 연구진은 먼저 양극과 음극에 맞는 소재와 층 구조를 살핀다. 층의 개수, 층별 두께, 조성 구배가 검토 대상이다. 여기서 끌어낸 전극 개념은 슬러리 배합과 코팅·건조 조건을 맞춰 실험실에서 구현하고 특성을 평가한다. PEM은 다층 음극의 배합과 공정 개발, 실험실 규모 평가를 주로 담당하고, 그 결과를 파일럿 규모로 넘긴다.

파일럿 단계에서는 기존 설비에 붙일 수 있는 모듈형 코팅 장치를 개발한다. 산업 현장과 비슷한 롤투롤 조건에서 2층 슬롯다이 코팅과 다층 커튼 코팅 두 방식을 비교해, 코팅 품질과 공정 안정성, 확장성을 함께 만족하는 쪽을 가린다. 동시에 전극 슬러리의 점도를 공정 중에 계속 측정하는 인라인 기술도 더 손본다. 이상을 일찍 잡아내 전극 품질을 재현 가능하게 유지하려는 것이다. 제작한 전극과 시험 셀은 전기화학적으로도 평가한다.

산업적으로 눈여겨볼 지점은 새 전극 구조를 설계하는 데서 멈추지 않고 제조 방법을 처음부터 함께 고민한다는 점이다. 참여 기관들은 다층 전극을 위해 생산라인을 새로 깔지 않고 기존 설비를 필요한 부분만 늘려 쓸 수 있는 '드롭인' 기술을 목표로 한다고 밝혔다. 소재 개발과 산업적 양산을 묶는 연구는 여럿 있다. 오스트리아 AIT가 주도하는 MoSiLIB은 실리콘·주석 황화물 복합 음극을 개발하면서 합성과 수계 전극 제조의 준산업 규모 확장을 함께 들여다본다. MoSiLIB이 새 음극 소재에 무게를 둔다면, ProMeBa는 복잡한 전극 구조를 기존 공정에 재현성 있게 녹여 넣는 문제에 더 가깝다.

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