프라운호퍼, 흑연·실리콘 없는 알루미늄 음극 전지 기술 특허

프라운호퍼 생산기술·자동화연구소(IPA)가 슈투트가르트대 광전지연구소와 함께 알루미늄 음극용 전지·전극 기술을 개발하고 특허를 냈다. 알루미늄은 충·방전 과정에서 부피가 변해 전극에 균열과 공극이 생기고 결국 분말화로 이어지는 문제가 있었다. 연구진은 이번 방식이 작동 중 소재를 안정화하고 여러 차례 충·방전을 거쳐도 전극 내부의 전기적 접촉을 유지한다고 밝혔다. 프라운호퍼 IPA의 배터리·수소 시스템 담당 학술책임자 카이 페터 비르케는 독일어 보도자료에서 "오래 알려져 있었지만 실제로 다루기 어려웠던 배터리 기술을 쓸 수 있게 만들고 있다"고 말했다.

이 구조는 음극에서 흑연과 실리콘을 완전히 뺀다. 유럽 배터리 산업이 핵심 원자재로 분류하는 흑연 수요를 줄일 수 있고, 실리콘 비중이 높은 음극의 부피 변화 문제도 피할 수 있다. 출발 소재는 시중에서 구할 수 있는 합금 알루미늄 호일이며, 이것이 활물질과 집전체를 겸한다. 일반 음극에 쓰이는 구리 호일과 별도 코팅 공정이 빠지면서 공정 비용과 전극 제조 에너지도 줄어든다는 것이 연구진의 설명이다.

양극으로는 리튬망간산화물(LMO)이 거론된다. 프라운호퍼는 이 조합이 인산염을 쓰지 않으면서도 경쟁력 있는 에너지 밀도를 낼 수 있어 리튬인산철 셀의 저렴한 대안이 될 수 있다고 본다. 인화점이 높은 전해액 용매와 불소를 쓰지 않는 LMO 양극을 함께 쓰면 불소, 즉 PFAS가 없는 셀 구성도 가능하고 화재 시 플루오린화수소 발생 위험도 피할 수 있다고 덧붙였다. 초기 용도로는 안전성과 견고함, 설치 공간이 중요한 항공 화물, 운송 컨테이너 추적 장치, 특수 의료기기 등을 꼽았다. 기존 생산 설비에서 만들 수 있어 제조 인프라를 새로 짓지 않아도 된다는 점도 산업화 측면에서 언급됐다. 다만 이번 발표에는 사이클 수나 에너지 밀도 수치가 함께 제시되지 않았다.

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