서강대학교 화공생명공학과 류재건 교수 연구팀이 한국화학연구원과 공동으로 전지 사용 후 전극 구성 성분을 모두 분리·회수할 수 있는 실리콘 음극재용 바인더를 개발했다고 10일 밝혔다. 제1저자는 권진용 석박통합과정생이다.

실리콘 음극재는 높은 에너지밀도로 주목받지만 충·방전 과정에서의 부피 변화로 성능 저하와 재활용 한계가 문제로 지적돼 왔다. 연구팀은 입체장애 우레아와 보로닉 에스터의 이중 동적 상호작용을 활용한 가역적 가교형 바인더를 설계해 전극의 기계적 안정성과 자가 치유 특성을 확보했다.

해당 바인더는 전지 구동 이후 간단한 수계 처리만으로 가교 구조가 분해돼 실리콘 활물질과 도전재, 바인더를 각각 회수할 수 있다. 기존 고온·산 처리 방식에 비해 공정이 단순하고 친환경적이다.

실험 결과, 0.5C 조건에서 250회 충·방전 후에도 초기 용량의 82%를 유지했으며, 회수 소재를 재활용한 전지 역시 두 차례 재활용까지 안정적인 사이클 수명을 보였다.

류재건 교수는 “전극 성능과 재활용성을 동시에 확보한 최초의 동적 공유결합형 바인더 사례”라며 “친환경 고에너지밀도 이차전지 설계에 중요한 전환점을 제시한다”고 말했다.

이번 연구는 화공 분야 국제 학술지 Chemical Engineering Journal에 게재됐으며 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 한국화학연구원의 지원을 받아 수행됐다.