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배터리의 사용은 전기자동차, 재생에너지에서 생산된 전력의 저장, 휴대용 전자기기등 다양한 분야에서 폭발적인 사용 증가가 있을 것으로 예상되고 있다. 따라서 배터리 전극의 효율성을 높이고 제조공정을 간소화시켜 빠른 제조를 경제적으로 하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.

Karlsruhe 기술연구소의 연구원들은 리튬-이온 배터리 생산을 보다 저렴하게 생산할 수 있게 해주는, 전극 호일을 빠르게 제조할 수 있는 새로운 방법을 개발하였다. 새로운 기술은 3개 요소에 의해 전극 호일의 생산 속도를 증가시킨다. 에너지 시스템의 변환 혹은 ‘Energiewende’는 매우 중요하며 리튬-이온 배터리는 이 시스템에서 중요한 역할을 하는 것으로 여겨지고 있다. 에너지 저장 시스템은 전기자동차와 변동이 많은 재생에너지 자원에 필요하지만 현재의 시스템은 매우 비경제적이다. 제조업체들은 전극 호일의 생산을 분당 25-35 미터가 되는 속도를 얻을 수 있게 되었다.

Karlsruhe 기술연구소 열 공정 엔지니어링 연구소의 연구원들은 분당 100 미터 속도로 증가할 수 있는 유연한 슬롯 다이 공정을 개발하였다. 이 놀라운 새로운 코팅 기술은 ‘Competence E’ 프로젝트의 부분으로 개발되었고 또한 매우 정확하게 아주 정교한 패턴을 제조할 수 있게 해준다. Karlsruhe 기술연구소의 연구원들은 활성 재료, 결합재, 첨가제, 용매 및 카본블랙의 혼합된 슬러리를 사용하고 이 슬러리를 음극으로는 구리 지지체 호일에, 양극으로는 알루미늄 지지체에 적용하였다. 전극 호일을 생산하기 위해서 연구팀은 이 슬러리를 지지체 호일 위에 적용하였다. 이 방법이 계속적인 생산을 가능하게 할지라도 보다 우수한 제조공정은 중간의 코팅 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. 

중간 코팅들을 사용하기 위해서 시작 및 중단 모서리들은 특별히 정의되고 이를 위해 연구원들은 슬롯 다이의 코팅 헤드 내에 움직일 수 있는 분리막을 사용한다. 연구원들은 매우 정확한 중간 패턴들을 얻기 위해서 이 분리막을 앞뒤로 빠르게 움직이도록 조절한다. 이 개발에 의해 Karlsruhe 기술연구소의 과학자들은 2030년경에 코팅 속도 분당 100 미터인 독일 공학 학회의 목표를 이루었다. 나선형으로 감긴 리튬-이온 배터리를 제조하기 위한 KIT의 나선형 기술과 새로운 코팅 기술을 결합하여 앞으로 리튬-이온 배터리 생산 가격 면에서 혜택을 가져오게 될 것이다. 

KISTI 미리안 2014-10-29


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