충남대는 응용화학공학과 이경진·송우진 교수팀이 리튬이차전지의 무 용매 건식 전극 제조 기술 최신 연구 동향을 종합 정리한 리뷰 논문을 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’(Chemical Engineering Journal) 온라인에 게재했다고 4일 밝혔다. 건식 공정은 기존 습식보다 생산비 절감, 환경 영향 최소화, 두꺼운 전극 제조 용이성 등의 강점이 있어 차세대 전고체 전지나 전기차용 고성능 배터리 상용화 핵심 기술로 부상하고 있다. 연구팀은 제조 기술 핵심 원리, 주요 공정 변수 및 소재 선택 기준, 최신 특허 및 논문 동향 등을 정리하고, 산업적 적용을 위한 6가지 핵심 연구 전략을 제시했다. 헬로티 이창현 기자 |
석경에이티가 전고체 전지용 고체전해질 분석 평가실(클린룸)을 구축했다고 21일 밝혔다. 현재 추진 중인 붕산화물계 고체전해질 소재 연구개발 프로젝트의 효율성을 끌어올린다는 전략이다. 석경에이티는 약 8억 원을 투입해 103㎡ 규모의 클린룸 구축을 진행하고 있으며 내달 설비 셋업을 완료하고 7월부터 본격 가동을 시작할 계획이다. 클린룸 설비 내 주요 장비는 ▲합성용 소성로 ▲소재 성형을 위한 전처리 기기 ▲전기적 특성 분석장비 ▲배터리 사이클러 등이다. 기존 황화물계 고체전해질은 수분에 민감해 유해가스인 황화수소 발생 가능성이 있기 때문에 특수 시설인 드라이룸이 필요하다. 반면 석경에이티가 개발한 붕산화물계 고체전해질은 수분에 민감하지 않고 유해가스 발생 가능성이 낮아 클린룸만으로도 충분하며, 이에 따라 안전성과 경제성이 높은 것이 특징이다. 또한 전도성이 우수할 뿐만 아니라 저가 원료인 붕산염을 사용하므로 가격경쟁력도 확보할 수 있다는 설명이다. 회사 관계자는 “이번 클린룸 구축을 통해 붕산화물계 고체전해질 연구개발을 가속화함으로써 고체전해질 배터리 산업에 새로운 혁신과 대안을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 한편 석경에이티는 지난해 4월 ‘붕산
충북도와 청주시는 산업통상자원부 주관 '산업 혁신 기반구축 사업' 공모에 선정돼 국비 100억 원을 확보했다고 20일 밝혔다. 충북도와 청주시는 이 사업 중 전고체 전지용 차세대 소재 개발 및 제조 기반구축 과제를 맡는다. 전고체 전지는 기존 리튬전지의 안전성과 에너지밀도의 한계를 극복할 수 있는 차세대 전지로 주목받고 있다. 충북도와 청주시가 수행할 과제는 전고체 전지의 핵심 소재인 황화물계 고체전해질 소재 개발·제조 지원과 시험분석·성능·평가 지원에 필요한 시설 구축이다. 이에 따라 두 지자체는 한국전자기술연구원과 함께 2028년까지 청주시 청원구 오창읍 송대리에 연면적 2280㎡, 4층 규모의 지원시설을 구축할 계획이다. 사업비는 국비를 포함해 총 323억 원이다. 이 시설은 고체전해질 소재 개발·제조 및 성능평가 장비를 갖추고, 도내 이차전지 기업을 대상으로 차세대전지 소재 개발과 제조·평가분석까지 전 주기를 지원한다. 도 관계자는 “이번 공모 선정은 충북의 우수한 상용 배터리 산업생태계 기반을 차세대전지 분야까지 확장하는 계기가 될 것으로 기대된다”면서 “사업이 차질 없이 추진되도록 최선을 다하겠다”고 말했다. 헬로티 이창현 기자 |
삼성SDI가 전기차 수요 성장세 둔화 국면에서도 올해 1분기 자동차 전지 부문에서 양호한 실적을 냈으나 전체 영업이익은 지난해 대비 30% 가까이 하락했다. 삼성SDI는 연결 기준 올해 1분기 영업이익이 2674억 원으로 작년 동기보다 28.8% 감소한 것으로 잠정 집계됐다고 30일 공시했다. 매출은 5조1309억 원으로 작년 동기 대비 4.2% 감소했다. 순이익은 2867억 원으로 38.3% 줄었다. 전지 부문 매출은 4조5818억 원으로 작년 동기 대비 5% 감소했다. 영업이익은 2145억 원으로 지난해 대비 32% 줄었고 영업이익률은 4.7%를 기록했다. 다만 중대형 전지는 전기차 전방수요 둔화에도 상대적으로 선방한 실적을 달성했다. 자동차 전지는 프리미엄 차량용 P5의 견조한 판매와 신규 P6 제품의 미주 공급 개시 등 고부가 제품 판매 확대 등 영향으로 매출과 영업이익이 모두 늘었다. 미국 인플레이션 감축법(IRA)상 첨단제조 생산 세액공제(AMPC)도 처음 수익으로 인식됐다. 삼성SDI는 미국법인에서 작년부터 올해 1분기까지 생산한 제품에 대한 AMPC 467억 원을 이번 영업이익에 반영했고, 2분기부터는 매 분기 발생하는 금액을 수익으로 인식할
고성능/고안정성 리튬음극 및 실리콘복합재 음극 설계 및 제조 연구 아이엘사이언스가 설립한 ‘차세대 이차전지 R&D 센터’(가천대소재)의 고재환 박사와 송성근 대표이사가 공동저자로 저술한 논문이 최고 권위의 국제 학술지 ‘카본(Carbon)’에 등재됐다. ‘차세대 이차전지 R&D센터’의 고재환 박사, 아이엘사이언스의 송성근 대표, 가천대학교 ‘전지 및 에너지 변환 연구소’(Energy Materials Lab)의 윤영수 교수 및 석사과정 강하은씨가 공동으로 저술해 발표한 논문의 제목은 ‘리튬이온배터리용 실리콘의 부피 팽창을 억제하고 전기 전도도를 높이기 위한 탄소 나노튜브와 그래핀을 활용하는 최근의 진전’이다. 아이엘사이언스와 가천대 연구진은 전고체 전지를 위한 차세대 음극(리튬음극, 실리콘음극)을 개발 중이며, 2019년부터 2023년까지는 실리콘음극 고성능화(부피팽창 억제, 실리콘함량 증대) 연구를 진행했다. 고재환 박사는 “실리콘은 높은 이론 비용량, 낮은 작동전위, 풍부한 자원 등이 장점으로 리튬과 마찬가지로 유망한 음극물질”이라며, “본 논문은 실리콘 음극의 고성능화를 위해 고강도/고전도성 카본나노 소재인 탄소 나노튜브와 그래핀을 활용한
아이엘사이언스가 차세대 전고체 배터리 상용화를 앞당길 ‘리튬 음극 시트(sheet) 형성 기술’을 개발해 특허출원을 완료했다고 5일 밝혔다. 많은 기업들이 10년 내 상용화를 목표로 리튬 금속 음극 기반 전고체 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. 대량생산을 하기 위해서는 배터리의 음극전류 집전체로 사용되는 구리 포일 위에 리튬막을 증착할 수 있는 기술이 필요하다. 기존의 기술은 크게 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 먼저 구리 포일과 리튬 포일을 함께 압연(라미네이션)하는 방법이 있는데 이 방식은 롤투롤 공정 기반으로 대량생산에 적합하지만 마이크로미터 수준의 얇은 리튬막 형성에는 어려움이 있다. 다른 방식은 리튬 소스를 증발시켜서 구리 포일 위에 증착하는 열 증발 증착법(evaporation method)이다. 다양한 나노미터 두께의 리튬막 형성에 유리하지만, 압연 방법에 비해 공정이 복잡하고 초기 설비 투자 및 유지보수 비용이 크다는 단점이 있다. 관계자는 이번에 특허 출원된 신기술이 위와 같은 기존의 한계점을 극복하기 위해 총 네 단계를 통해 음극 시트를 형성하게 된다고 설명했다. 1단계는 라미네이션 방법을 이용하여 기판/음극 물질/기판으로 구성되는 제1시
정훈기 박사 "전고체 전지 안정적 저압 구동 가능성 입증" 국내 연구진이 전고체 배터리의 양극 내부에서 열화현상이 발생하는 메커니즘을 확인하고 저압 환경에서 전고체 전지의 안정적인 구동 가능성을 입증했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지 저장 연구센터 정훈기 박사팀이 리튬이온전지와 비슷한 압력에서 전고체 전지를 구동할 때 급격한 용량 저하와 수명 단축을 일으키는 열화 요인을 규명했다고 12일 밝혔다. 전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 전부 고체로 대체한 배터리다. 불연성인 고체를 사용해 화재나 폭발 위험이 없고, 온도변화나 외부 충격에도 강해 '꿈의 배터리'로 불린다. 다만 전고체 전지는 충전·방전을 반복하며 양극과 음극의 부피가 변하면서 고체 전해질과 만나는 지점인 계면이 탈착되는 '계면 열화'가 발생하기 때문에 외부 장치로 높은 압력을 유지해 이런 현상을 막아야 했다. 기존 연구는 전고체 전지의 짧은 수명 특성을 계면 접촉에 따른 손실로만 여겨 저압 구동 환경에서의 원인 평가가 명확히 이뤄지지 않았다. 연구진은 동전형 리튬이온전지와 비슷한 0.3㎫ 수준의 저압 환경에서 황화물계 고체 전해질을 적용한 동전형 전고체
강기석 교수팀 논문 '사이언스' 게재…신규 염화물 고체 전해질 개발 국내 연구진이 전기자동차의 차세대 배터리이자 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 전해질 소재를 개발했다. 서울대는 3일 이차전지 혁신연구소 소속 강기석 교수 연구팀(박사과정 유승주, 노주현 연구원)이 전고체 전지용 신규 염화물 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. 전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 전부 고체로 대체한 배터리다. 불연성인 고체를 사용해 화재나 폭발 위험이 없고, 온도변화나 외부 충격에도 강해 '꿈의 배터리'로 불린다. 특히 최근 세계적으로 전기자동차 보급이 늘면서 전고체 전지 연구 또한 활발해지고 있다. 기존 전기차 배터리의 경우 온도가 높거나 압력이 가해지면 화재 또는 폭발 위험이 있기 때문에 이러한 위험성을 줄인 전고체 배터리가 대안으로 여겨지고 있기 때문이다. 연구팀에 따르면 전고체 전지 상용화를 위해서는 이온전도도와 화학적·전기화학적 안정성, 기계적 변형성이 높은 고체 전해질 소재 개발이 필수지만, 지금까지 개발된 황화물 및 산화물계 고체 전해질은 이런 조건을 만족시키지 못했다. 그 대안으로 염화
당장 상용화 어렵지만 가연성 현저히 줄여 화재 위험 낮춘 차세대 배터리로 기대 삼성SDI, 올해 상반기 6500㎡ 파일럿 라인 최초로 구축…하반기부터 시생산 시작 SK온, 산학협력으로 산화물계 고체 전해질 개발…2028년 상용화 목표 꿈의 배터리라고 불리는 전고체 배터리는 기존 전지의 분리막과 액체 전해질 조합을 고체 전해질로 대체한 차세대 이차전지다. 전고체 배터리는 현재까지는 기술 부족 등 한계로 상용화가 어려운 것으로 여겨지지만, 유기용매를 쓰지 않아 가연성이 현저히 줄어들기 때문에, 화재 위험을 큰 폭으로 줄일 수 있는 차세대 배터리로 기대를 모으고 있다. 국내 이차전지 제조사들은 현재 집중하고 있는 NCM, NCA 등 삼원계 배터리의 고도화와 중국 시장에 맞설 중저가 보급형 배터리 개발에 집중하는 한편, 먼 미래 시장을 내다보며 전고체 배터리 개발에도 힘쓰고 있다. 국내 기업 중 가장 앞선 것으로 평가되는 기업은 삼성SDI으로, 2027년 전고체 배터리를 상용화하겠다는 다소 도전적인 목표를 제시했다. 황화물계 전고체 배터리 개발에 집중하고 있는 삼성SDI는 음극 없이 양극만으로 배터리를 만드는 ‘무(無)음극 기술’을 세계 최초로 개발, 최고 수준의
국내 연구진이 값싼 친환경 소재인 프러시안계 물질을 사용한 고체 전해질을 개발했다. 고체 전해질의 비싼 가격과 환경 문제 등을 동시에 해결해 전고체 배터리 상용화를 앞당길 수 있을지에 귀추가 주목된다. UNIST 에너지화학공학과 이현욱, 정성균 교수팀과 KAIST 서동화 교수팀은 상온에서도 구동하는 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다. 친환경 물질인 프러시안계 물질(Prussian Blue analogues, PBAs)을 고체 전해질로 사용했다. 프러시안계 물질은 18세기부터 사용된 청색 염료 물질 중 하나로 청바지의 염료로 사용된다. 친환경 물질인 PBAs는 나트륨 이차전지의 핵심소재인 양극활물질(양극재)로 흔히 쓰인다. 이온이 이동할 수 있는 넓은 이온 전도 채널을 가지며 쉽게 합성 가능하다. 구조적으로 안정하고 값 또한 싸다. 이런 장점과 더불어 전이 금속에 따라 그 특성까지 달라져 많은 주목을 받고있다. 연구팀은 PBAs의 고유 특성이 이온 전도도를 높일 수 있다고 판단했다. 전이 금속의 종류를 변경하면서 이온 전도의 변화 추이를 관찰했다. 이를 통해 전이 금속의 크기에 따라 이온 채널의 크기가 달라지는 것을 확인했다. 큰 이온 채널을 가진 물질은 높은
한국전기연구원 박준호 박사팀, 비싼 황화리튬과 첨가제가 필요 없는 ‘간단 합성법’ 개발 고체전해질을 저렴한 가격으로 대량생산할 수 있는 또 하나의 기술이 개발되어 큰 주목을 받고 있다. 한국전기연구원(이하 KERI) 이차전지연구단 박준호 박사팀이 고가의 황화리튬은 물론, 첨가제 없이 고순도의 고체전해질을 제조할 수 있는 ‘간단 합성법(One-pot)’을 개발했다고 밝혔다. 고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 통한 ‘건식 합성법’과 용액의 화학 반응을 활용하는 ‘습식 합성법’이 있다. 연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했고, 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다. 가장 큰 장점은 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않아도 된다는 것이다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 또한 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 종종 발생한다. 일부 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 제안되기도 했지만, 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고, 잔존 불순물이 발생
SNE리서치가 조사한 '이차전지 고체 전해질 수요 및 규모 전망' SNE리서치가 전 세계 이차전지용 고체 전해질 수요를 예측한 결과, 2025년 350톤, 2028년 1만7500톤, 2030년 7만6000톤으로 나타났다. 금액 규모는 2025년 USD 기준 141백만달러(0.2조원), 2028년 1750백만달러(2.1조원), 2030년 3800백만달러(4.6조원)다. 이는 2022년 12백만달러(145억원) 기준 각각 12배, 146배, 317배 수준이다. 국내 주요 배터리 업체 3사의 경우, 2025년 70톤, 2030년 1만3680천톤을 소요할 것으로 전망된다. 대용량 리튬이온배터리의 안전성 확보를 위해선 고체 전해질을 적용한 전고체 이차전지의 개발이 필수적이다. 최근 일본 및 미국, 중국에서도 본격적으로 연구에 착수하고 있어 상용화에 대한 기대감이 높아지고 있다. 2030년 기준, 전고체 전지가 적용될 것으로 예상되는 비율은 소형 IT기기 시장이 11.0%, 전기차 시장이 3.1%, ESS 시장이 0.3% 수준으로 전망되며, 시장 크기는 각각 18GWh, 116GWh, 1GWh 수준이 될 것으로 보인다. 전고체 전지 생산은 일본 도요타 등과 한국 업체들
약 2000평 규모로 파일럿 라인 구축...전고체 전지 제조공정 도입 삼성SDI가 경기도 수원시 영통구에 위치한 SDI연구소 내에 전고체 전지 파일럿 라인(이하 S라인)을 착공했다고 14일 밝혔다. 삼성SDI는 전고체 전지 파일럿 라인의 이름을 Solid(고체), Sole(독보적인), Samsung SDI의 앞 글자를 따 'S라인'이라 명명했다. S라인은 약 6500㎡(약 2000평) 규모로 구축된다. 전고체 전지는 리튬이온전지의 핵심 소재 중 하나인 전해질이 액체가 아닌 고체인 전지로, 유기 용매가 없으므로 불이 붙지 않아 안전성이 향상되고, 음극을 흑연/실리콘 대신 리튬 금속을 적용해 에너지밀도를 향상시킬 수 있다. 삼성SDI는 'S라인'을 통해 기존 업계 최고 수준의 전고체 전지 연구 성과와 더불어 생산 기술까지 단번에 확보해 나갈 방침이다. 'S라인'은 삼성SDI가 내세우는 전고체 전지 제조를 위한 전용 설비들로 채워진다. 전고체 전지 전용 극판 및 고체 전해질 공정 설비, 전지 내부의 이온 전달이 원활히 이뤄지도록 만들어주는 셀 조립 설비를 비롯한 신규 공법과 인프라를 도입할 예정이다. 삼성SDI는 그동안 고체 전해질 설계와 합성에 성공해 전고체 전
ESG 전략 비롯해 차세대 전지, 소재·공정 혁신 기술 선봬 LG에너지솔루션이 ‘인터배터리 2022’에서 차세대 배터리를 선보인다. 올해 10회째를 맞는 인터배터리는 산업통상자원부 주최, 한국전지산업협회 등이 주관하는 산업 전시회로 오는 17일부터 19일까지 사흘간 서울 강남구 코엑스에서 개최되는 국내 최대 규모 2차전지 산업 전시회다. LG에너지솔루션은 자사 부스의 핵심경쟁력 및 미래기술 전시존에서 고에너지 밀도의 경량 리튬황 전지를 비롯해 전고체 배터리 등 차세대 배터리를 선보일 예정이다. LG에너지솔루션은 업계에서 유일하게 고분자계, 황화물계를 모두 개발 중이다. 업계 최초로 알루미늄을 첨가한 4원계 배터리 NCMA, 기존 대비 에너지 밀도가 16%, 주행거리가 20% 이상 향상되는 롱셀 등 차별화된 소재 및 공정 혁신 기술력도 함께 전시된다. 또한 LG에너지솔루션은 전시공간 중 일부를 ‘Energy Everywhere’라는 테마로 집·쇼핑·캠핑 공간 등과 같은 모습으로 꾸민다. 이 공간에는 GM허머·테슬라모델Y 완성차를 비롯해 ICT 디바이스, 가정용 ESS, BSS(Battery Swapping Station) 교환기, 전기자전거, E-스쿠터, 전동
헬로티 이동재 기자 | 차세대 배터리가 전고체 전지라는 것은 주지한 사실이다. 글로벌 완성차 업체와 배터리 제조사 들이 전고체 전지 관련 연구에 막대한 자금을 쏟아붓고 있다. 특히 리튬이온배터리 시장에서 중국과 한국에 다소 밀려 입지가 좁아진 일본 기업들이 필사적이다. 도요타와 파나소닉은 전고체 전지 개발에 회사의 사활을 걸고 있다. 국내 배터리 제조사들도 열심이다. 삼성SDI는 오는 2025년 전고체 배터리 시제품을 공개하고 2년 뒤인 2027년 양산에 나서겠다고 밝혔고 LG에너지솔루션도 당초 2030년이었던 전고체 배터리 양산 목표연도를 2027년으로 앞당겼다. SK이노베이션 역시 2030년을 전고체 배터리 양산의 해로 정하고 연구를 진행 중이다. 압도적인 안전성을 자랑하는 전고체 배터리가 다음 세대의 주요 배터리가 될 것은 자명하지만 기업들의 양산 목표 연도에서 알 수 있듯, 아직 현실적으론 멀다. 기술적인 문제에 발목이 잡혀 있다. 와중에도 전 세계에서 전기차 생산량은 폭발적으로 증가하고 있다. 전기차 시장은 전고체 전지 개발을 느긋하게 기다려주지 않는다. 전기차를 생산하고 있는 완성차 기업과 이차전지 제조사 들은 전고체 전지 개발과 더불어, 현존하는
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