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테슬라 반한 '주행거리↑ 생산단가↓' 신소재 전지

장보윤 에너지연 박사팀, 에너지 용량 4배 한번 충전해 500km 이상 주행
기술 이전 받은 중기 2019년 1월부터 테슬라 등에 공급 계획
산화규소 나노입자 합성.<사진=한국에너지기술연구원>산화규소 나노입자 합성.<사진=한국에너지기술연구원>

각종 전자기기 에너지저장원으로 리튬이온전지 산업이 주목되는 가운데 전지 제조 가격은 낮추고 효율은 높이는 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 곽병성·이하 에너지연)은 장보윤 박사 연구팀이 나노기술을 기반으로 리튬이온전지 음극 소재인 산화규소(SiOx) 나노분말 제조기술과 노하우를 개발하고 지난해 말 국내 중소기업(기술료 10억400만원)에 기술이전 했다고 7일 밝혔다.

연구팀이 개발한 산화규소 나노분말에는 리튬과 반응성이 높은 실리콘(Si)이 포함돼 있다. 때문에 이를 리튬이온전지에 적용하면 현재 사용되는 흑연 음극재에 비해 에너지 용량을 4배가량 높일 수 있다.

기존 규소는 상압 조건에서 산화 반응을 제어하기 어렵기 때문에 진공상태에서 합성하는 것이 일반적이고 제조 가격도 비싼 편이다.

연구팀이 개발한 제조 기술은 합성 반응 영역을 진공 상태와 흡사하게 만들어 상압 조건에서도 합성할 수 있게 설계됐다. 제조시 킬로그램 당 2~3달러 정도의 저가 규소 원료만을 사용하고 금속분야에 일반적으로 사용되는 유도용융장치를 사용해 유일하게 상용화된 일본 제품 대비 30~50%의 생산단가 절감 효과를 나타냈다.

특히 반응시 사용한 가스를 순화시켜 재활용하고 일정하게 공급할 수 있도록 설계해 100시간 이상의 연속공정도 가능하다.

세계 리튬이차전지 시장은 2010년 약 115억 달러 규모에서 연평균 17.24%씩 성장, 2013년 185억4000만 달러에서 2018년에는 433억 달러에 이를 것으로 전망된다.

기술이전을 받은 기업은 제품생산과 판매를 위한 연구개발을 진행하고 2019년 1월부터 제품을 양산화 해 테슬라를 비롯해 각국의 배터리 제조업체와 리튬이온전지 생산업체에 공급할 계획이다.

연구팀은 앞으로 전기 자동차와 전력저장시스템에 최적화 된 음극소재 시작품 제작과 지속적인 현장 검증을 통해 산화규소 나노분말의 제품화 기술 개발을 수행할 계획이다.

연구책임자인 장보윤 박사는 "리튬 이온전지 중에서도 가장 많이 회자되는 전기자동차 배터리는 자동차 가격의 절반 이상을 차지한다"면서 "하지만 긴 충전시간과 기존 내연기관 자동차보다 떨어지는 주행거리 성능이 단점으로 지적받고 있다. 한번 충전으로 500km 이상의 주행거리를 확보해 기존 내연기관 자동차를 대체하는데 역할을 할 것으로 기대된다"고 말했다.
 
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