아이엘, 전고체배터리 ‘에너지 밀도 10배’ 기술 개발

[이데일리 이윤정 기자] 피지컬AI 운영 데이터 플랫폼 기업 아이엘은 기존 소형 박막형 전고체배터리의 구조를 개선해 에너지 밀도와 고속방전 성능을 높이는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

아이엘은 기존 박막형 전고체배터리에서 전체 부피의 95% 이상을 차지하던 기판을 제거하고, ‘박막-후막 하이브리드 계면 제어 기술’을 적용했다. 회사 측은 이를 통해 부피당 에너지 밀도를 기존 대비 약 10배 수준으로 높일 수 있는 기술적 성과를 확보했다고 설명했다.

이번 기술은 배터리의 에너지 저장에 직접 기여하지 않는 기판을 제거하고, 확보된 공간을 에너지 저장에 활용할 수 있도록 배터리 구조를 변경한 것이 특징이다.

기존 박막형 전고체배터리는 약 500㎛ 두께의 실리콘 또는 유리 기판을 기반으로 제작돼 부피당 에너지 밀도를 높이는 데 제약이 있었다. 아이엘은 기판을 제거하는 공정과 박막·후막 하이브리드 구조를 적용해 이를 개선했다.

아이엘이 실제 제작한 전고체배터리 코인셀의 활물질을 기준으로 부피당 에너지 밀도를 산출한 결과, 기존 박막형의 약 50~80Wh/L 대비 약 500~750Wh/L 수준으로 나타났다. 해당 수치는 실제 제작한 코인셀에 사용된 활물질을 바탕으로 산출했으며, 패키징을 제외하고 기판·활물질·전해질·전극으로 구성되는 부피를 기준으로 계산했다. 기판 제거를 통해 배터리 내부에서 에너지 저장에 활용할 수 있는 비중을 높였다는 설명이다.

고속방전 성능도 평가했다. 일반적으로 전극을 두껍게 만들어 에너지 저장 용량을 높이면 이온 이동 거리가 증가하고 내부 저항이 커져 고속 충·방전 성능이 떨어질 수 있다.

아이엘은 정밀 박막 공정의 고출력 특성과 전도성 가교 물질을 적용한 후막 전극의 고용량 특성을 결합하고, 박막과 후막 사이의 계면을 제어하는 기술을 적용했다.

아이엘이 공개한 방전 특성 평가자료에 따르면 0.1C 방전 용량을 기준으로 1C 방전에서 일반 박막 전고체배터리의 용량 유지율은 85%, 아이엘의 소형 전고체배터리는 92%로 나타났다. 5C 방전에서는 일반 박막형이 40%, 아이엘의 전고체배터리가 74%의 용량 유지율을 보였다. 10C 초고속 방전 조건에서는 일반 박막형의 용량 유지율이 15%까지 떨어진 반면 아이엘의 전고체배터리는 55%를 유지했다. 회사 측은 이를 비교군 대비 약 3.7배 높은 용량 유지율이라고 설명했다.

이번 평가는 연구실 규모에서 동일한 제조 조건으로 제작한 복수의 전고체배터리 코인셀을 대상으로 진행됐다. 아이엘은 셀의 열화와 손상이 후속 측정에 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려해 동일한 제조 조건에서 제작한 셀을 각각의 성능 평가에 활용했다고 설명했다. 에너지 밀도는 셀 간 제작 편차를 반영해 단일 수치가 아닌 범위로 제시했다.

아이엘은 전자현미경 이미지를 통해 박막과 후막이 결합된 계면 구조도 공개했다. 회사 측은 서로 다른 특성을 지닌 박막과 후막을 하나의 배터리 구조로 결합하고 계면을 제어하는 과정이 이번 기술의 주요 요소라고 설명했다.

아이엘은 전고체배터리 기술 개발을 소형 배터리 사업 확대뿐 아니라 휴머노이드 로봇에 필요한 에너지 기술을 확보하기 위한 중장기 사업의 하나로 추진하고 있다. 로봇 운영 데이터와 AI 기술을 중심으로 구축해온 피지컬AI 사업에 에너지 기술을 추가해 로봇의 구동 효율과 전원 안정성에 필요한 기술을 확보한다는 계획이다.

고재환 아이엘 배터리R&D 센터장은 “이번 기술은 기존 박막 전고체배터리의 에너지 밀도를 제한하던 구조를 개선하고 고용량과 고출력 특성을 함께 구현하는 데 초점을 맞췄다”며 “박막-후막 계면 제어 기술을 기반으로 소형 전고체배터리의 성능을 지속적으로 개선해 나가겠다”고 말했다.