한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수팀이 아주대 이지영 교수팀과 공동으로 물을 이용한 친환경 공법으로 리튬금속 보호막을 제조, 리튬이차전지의 수명을 획기적으로 높이는 데 성공했다고 2일 밝혔다. 리튬은 리튬이차전지의 차세대 음극 소재로 주목받고 있다. 현재 음극으로 가장 많이 쓰이는 소재는 흑연이지만, 에너지 밀도가 낮고 이론 용량이 적어 리튬 금속이 가장 이상적인 음극재로 꼽힌다. 다만 충전 과정에서 음극 표면에 생기는 덴드라이트(dendrite·수지상결정, 리튬이온이 음극 표면에 쌓이면서 나뭇가지 모양으로 성장하는 현상)로 인해 수명이 저하될 수 있으며 화재로 이어질 위험이 있다. 덴드라이트 성장을 억제하기 위해 리튬 금속 표면에 보호막을 입혀 리튬 금속과 전해액 간 계면을 만드는 보호막 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 값비싼 재료 없이도 리튬이온 성장을 물리적·화학적으로 제어할 수 있는 중공(中空) 구조의 나노섬유 보호막을 개발했다. 식물에서 추출한 천연 고분자 화합물인 구아검을 물에 녹인 뒤 전기방사(electron spinning) 기술을 이용, 수십 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)∼수 ㎛(마이크로미터·100만분의
비츠로셀이 리튬 메탈 음극재 확보를 위한 신사업 개발에 박차를 가한다. 비츠로셀과 한국지질자원연구원은 15일 비츠로셀 서울사무소에서 '리튬 원재료 확보를 목적으로 하는 리튬 메탈전지 Recycle 및 DLE(Direct Lithium Extraction, 리튬직접추출) 실증기술 공동 개발을 위한 업무 협약'을 체결했다. 협약식에는 비츠로셀 장승국 대표이사, 김종성 연구기획실장, 박경수 연구기획팀장과 한국지질자원연구원 이평구 원장, 정경우 자원활용연구본부장, 노기민 자원소재연구센터장 등 주요 관계자들이 참석했다. 양사는 리튬 메탈전지 재활용(Recycle) 및 저급 염호에서의 리튬직접추출(DLE) 기술을 개발하기 위해 ▲공동 연구 개발과 기술 교류 ▲필요한 장비 및 시설의 공동 사용과 연구 개발 인력 교류 ▲연구 개발 사업화 등에 상호 협력할 예정이다. 이번 협약으로 비츠로셀은 환경친화적인 리튬직접추출(DLE) 기술 및 리튬메탈전지 재활용 기술을 확보함으로써 환경 문제를 해결하면서 리튬 원재료 확보가 가능한 연구 플랫폼을 구축, 리튬 메탈을 포함한 리튬 소재 사업을 강화할 계획이다. 장승국 비츠로셀 대표는 "비츠로셀은 리튬일차전지뿐만 아니라 리튬이차전지 소재
국제적 기술 혁신의 중심, K-LTO 음극활물질의 대중화 및 상업화 방향성 논의 마샬캡이 윈텍과 함께 16일, 서울상공회의소 소회의실에서 이차전지 기술을 획기적으로 발전시킬 'LTO 소재 음극재' 사업화 평가 간담회를 개최했다고 밝혔다. 이번 간담회는 고성능 리튬 이차전지 음극활물질 K-LTO 제조 기술의 사업화 전 평가와 의견 교환을 위해 마련됐으며, 한국의 음극활물질 LTO 제조 기술은 리튬 이차전지 기술 발전에 새로운 지평을 열었다고 평가받았다. 행사 주최는 윈텍과 마샬캡이 맡았으며, 국내외 배터리 및 에너지 분야의 저명한 전문가들이 참석했다. 이날 행사에는 한국기초과학지원연구원의 김양수 박사, 순천향대학교 에너지공학과 정순기 박사, 씨트웰브의 박양덕 박사, 한국생산기술연구원의 정기수 박사 등 다수의 학계 및 산업계 전문가들이 참석해 의견을 나누었다. 국제적으로도 주목받는 TERRY T. KUNIMUNE 그룹회장을 비롯한 여러 글로벌 기업 대표들도 자리를 빛냈다. 이번 간담회의 핵심은 한국기초과학지원연구원(KBSI)이 개발한 LTO 탄생이다. 이는 국내특허 등록 및 국제특허(PCT) 출원을 통해 세계적으로도 인정받는 기술이며, 특히 중국에 의존도가 높은
반도체·디스플레이·이차전지 3개 분야 5개 과제 공고 정부가 첨단산업 정밀화학소재 개발을 지원한다. 산업통상자원부(이하 산업부)가 약 280억 원 규모로 2023년부터 2026년까지 지원하는 ‘국가 필수전략기술 고도화를 위한 고부가 정밀화학 소재 개발’ 사업을 4월 20일 공고한다. 이번 사업에서 극자외선(EUV) 포토레지스트용 고순도 폴리하이드록시스티렌(PHS) 소재, 이차전지 분리막용 난연성 고분자 소재 제조기술 개발 등 반도체, 디스플레이, 이차전지 3개 분야 5개 과제에 대해서 참여기업을 선정할 예정이다. 이번 사업은 2022년 화학산업포럼 운영을 통해 기획됐으며, 화학산업 경쟁력 강화방안에 포함된 내용 중 하나다. 10대 국가필수전략기술(현재12대 국가전략기술) 중 반도체·디스플레이 및 이차전지 제품의 성능 고도화를 위해 제품을 구성하고 있는 고부가·고기능성 정밀화학소재의 제조기술 내재화를 목표로 한다. 먼저, 반도체 분야에서 수출규제 3대품목 중 불화수소, 불화 폴리이미드는 현재 일본 수입의존도가 많이 줄었지만 포토레지스트는 기술격차로 인해 수입의존도가 여전히 높은 상태다. 이를 극복하기 위해서 기술 확보가 필수적이며, 이번 사업에서 ‘초고해상도
울산미포국가산단 등 10개 산단과 하이테크밸리 경자구역 울산시는 산업통상자원부의 ‘국가첨단전략산업 특화단지’ 공모에 ‘고에너지밀도·차세대 리튬이차전지 분야’를 설정하여 응모했다고 밝혔다. 앞서 산업통상자원부는 지난해 12월 26일 ‘국가첨단전략산업 특화단지 지정’ 공모계획을 발표했다. 공모계획에 따르면 ‘특화단지 지정 분야’는 반도체, 디스플레이, 이차전지 등 3대 산업, 15개 국가첨단전략기술이다. 울산시는 산업부의 최종 특화단지로 지정되면 ‘고에너지밀도·차세대 리튬이차전지 분야’에 대한 연구가 집중적으로 이뤄져 관련 산업의 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 기대하고 있다. 산업부는 공모를 통해 접수된 지역 중 수요·공급기업 간 협력 생태계 구축 전략, 국내·외 기업 유치 계획 등을 종합적으로 평가하여 국가첨단전략산업위원회 의결을 거쳐 특화단지를 올해 상반기 중에 지정할 예정이다. 특화단지로 지정되면 ▲용수, 폐수처리 시설 등 핵심 산업단지 기반시설 구축에 신속한 지원 ▲사업화 시설과 연구개발(R&D) 투자에 대한 세액 공제 및 각종 부담금 감면 ▲첨단전략기술 초격차 확보를 위한 정부차원의 과감한 연구개발(R&D) 및 사업화 지원 등 특화단지별
지질자원연, 리튬이차전지 제조공정 폐기물 재자원화 성공 한국지질자원연구원(KIGAM) 자원활용연구본부 류태공 박사 연구팀은 리튬이차전지 제조공정에서 나오는 폐기물로 99% 순도의 소재를 뽑아낼 수 있는 친환경 자원순환 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 연구팀은 자체 개발한 친환경 습식 전환 기술을 적용해 폐 반응용기에서 니켈·코발트·망간 등을 배합해 제조하는 전구체와 탄산리튬, 수산화리튬 등 금속과 주로 흡착제·촉매로 활용되는 제올라이트 함유 물질을 회수하는 데 성공했다. 폐 반응용기에서 회수되는 리튬용액 또는 이차전지의 성능·용량을 결정하는 핵심 소재인 양극재의 제조과정에서 배출되는 리튬폐액을 반도체 산업에서 나오는 불화물 폐액과 혼합·분리하는 방법으로 불화리튬도 제조했다. 불화리튬은 광학유리, 리튬이차전지 전해액 원료로 사용되기 때문에 리튬폐액을 불화리튬으로 재자원화하는 것은 경제·산업적으로 의미가 크다고 연구팀은 설명했다. 류태공 박사는 "그동안 리튬이차전지 제조 산업에서 배출되는 다양한 폐기물의 처리, 환경오염에 대해 고민하면서 이번 기술을 개발했다"며 "주변에 버려진 폐기물도 소중한 자원으로 생각해 고도화된 친환경 자원 선순환 기술을 개발하겠다"고 말
국립금오공대가 리튬이차전지용 '리튬화합물 음극 소재' 개발에 성공했다고 4일 밝혔다. 금오공대에 따르면 신소재공학부 전지신소재연구실 박철민 교수 연구팀이 '고성능 리튬이차전지용 신개념 리튬화합물 음극 소재' 개발에 성공했다. 고용량의 이차전지를 구현하기 위해서는 리튬 금속 및 실리콘을 음극 소재로 사용해야 하지만 현재 상용화되고 있는 흑연 음극 소재는 제한적 용량으로 인해 고용량 이차전지를 구현하는 데 어려움이 있다. 리튬 금속은 금속 자체의 높은 반응성으로 인해 안전성에 대한 우려가 있고 실리콘 음극은 충전 및 방전 시 수명이 저하되는 한계를 가진다. 또 이런 음극들은 초기 충전 시 일정량의 리튬이온이 영구 손실되는 문제도 있다. 연구팀은 이런 기존 음극 소재의 한계를 극복하기 위해 다양한 '리튬화합물 음극 소재' 개념을 새롭게 제안했다. 리튬화합물 음극 소재는 기존 상용화된 음극 소재들과 비교해 더 높은 초기 효율과 용량, 그리고 출력 특성을 보였다. 또 리튬화합물 음극은 일반적인 대기 중에서도 높은 안정성을 보였다고 연구팀은 전했다. 박철민 교수는 "이번 성과는 리튬이차전지는 리튬을 포함하는 양극소재 및 리튬을 포함하지 않는 음극소재로 구성된다는 기존
170만건 데이터 분석으로 충·방전이 전지 수명 및 발열에 미치는 영향 분석 국내 연구팀이 리튬이차전지의 장기 충·방전 과정이 수명과 발열 문제에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 배터리 화재까지 예측할 수 있는 기술을 개발했다. 충격 등 외부 요인이나 제조사 결함이 없는 정상적인 전지라도 체계적인 열 관리 없이 장기간 사용하면 사고에 이를 수 있다는 것을 과학적으로 밝혀낸 것이다. 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사와 대구경북과학기술원(DGIST) 이용민 교수가 공동 연구한 ‘리튬이차전지 수명 및 발열 특성 분석 기술’ 연구 결과가 높은 수준을 인정받아 전기·전자공학 분야 국제 저명 학술지에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술연합대학원대학교(UST) KERI 캠퍼스 정태종 박사과정 학생과 DGIST 이효빈 박사과정 학생이 주저자로 참여했다.· 리튬이차전지는 스마트폰, 전기차, 전력저장장치(ESS) 등 4차 산업혁명을 대표하는 다양한 산업에 쓰이고 있다. 하지만 최근 아파트에서 충전 중이던 전기 자전거와 전동 킥보드 배터리가 폭발하여 큰 이슈가 됐고, 최근 주목을 받는 ESS의 경우만 해도 국내에서만 35차례 넘게 대형 화재 사고가 발
첨단 실시간 분석법으로 소재 결함 형성 원인 밝혀내,..세계적 학술지 ‘네이쳐 케미스트리’에 게재 서울대학교 공과대학은 강기석·박정원 교수 연구팀이 리튬이차전지 차세대 양극 소재로 전 세계적인 주목을 받는 하이 니켈(high-Ni) 양극 소재의 합성 비밀을 밝혀내고, 저품질 합성 원인을 규명했다고 22일 밝혔다. 전기자동차 보급과 시장이 확대되면서 전기자동차용 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 전기자동차의 주행거리를 늘리면서 가격을 낮추려면 저가이면서 고용량인 전지 소재 개발이 중요한 화두로 떠올랐다. 하이 니켈(high Ni) 양극 소재는 니켈-코발트-망간을 함유한 층상계 소재 중 가격이 비싼 코발트 사용을 최소화하면서, 용량을 극대화할 수 있는 차세대 양극 소재로 주목받고 있다. 하이 니켈 양극 소재는 에너지 밀도도 높고 가격 경쟁력도 우수하지만, 소재의 안정성이 높지 않아 합성이 까다롭고, 수명 특성이 저조한 문제가 있다. 특히 합성 결과 나타나는 입자의 모양이나 구조 결함 등이 성능에 중요한 영향을 미치지만, 이런 현상들이 합성 과정에서 왜 발생하는지, 또한 어떻게 극복할 수 있는 등은 베일에 가려졌다. 현재까지 이런 차세대 양극
한국자동차연구원, '2022년에 주목할 글로벌 車 산업 5대 트렌드' 발표 한국자동차연구원(이하 한자연)이 2022년 주목해야 할 글로벌 자동차 산업의 5대 트렌드를 제시했다. 한자연은 최근 팬데믹 속에서 친환경차 중심의 판매 회복세와 반도체 수급난을 동시에 겪고 있는 자동차 산업 여건에 착안해 ▲글로벌 자동차 산업 가치사슬의 변화 ▲본격적인 시험대에 오르는 전기차 산업 ▲중국 자동차 세계 시장 약진 ▲차별화에 고심하는 완성차 기업 ▲자동차 산업의 디지털 전환을 각각 주목해야 할 5대 키워드로 꼽았다. 먼저 자동차 산업 가치사슬의 지각변동에 대해서 장대석 선임연구원은 "미국, 유럽을 비롯한 주요국은 친환경차 산업을 선점하기 위해 자국우선주의 정책을 펼치고 있다"며 "자국내 생산품에만 세제 혜택을 부여하는 정책에 따라 완성차 기업은 기존의 공급망을 전면 수정할 수 밖에 없고, 이는 국내 부품 생산 기반의 약화를 의미한다"고 설명했다. 장 연구원은 또한 지난해 주요 이슈였던 요소수, 차량용 반도체 수급난을 언급하면서 올해에는 리튬이차전지 주요 원래죠의 수급 이슈와 유럽 에너지 위기에 따른 공급망 영향 이슈가 제기될 수 있다고 전망했다. 양재완 선임연구원은 본격적
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 기존 리튬이차전지용 실리콘 음극재 대비 뛰어난 전기화학적 성능과 합성 공정이 간단한 실리콘-구리-탄소 복합 음극재를 개발했다. 향후 이차전지의 에너지 밀도를 비약적으로 향상시킬 것으로 기대된다. 광주과학기술원(GIST) 에너지융합대학원 김형진 교수 연구팀은 차세대 리튬이차전지용 음극으로 주목받고 있는 실리콘 음극의 성능과 내구성을 개선했다. 실리콘 음극은 기존의 흑연 음극보다 이론적으로 10배가 넘는 에너지 밀도를 갖고 있을 뿐 아니라 경제적이고 친환경 소재로 차세대 음극으로 주목받고 있다. 특히 대용량 에너지저장장치 및 전기차와 같은 높은 에너지 밀도와 출력 밀도를 요구하는 중대형 에너지 저장장치로 활용이 가능해 세계 각국에서 개발을 위한 경쟁이 치열하다. 그러나 실리콘의 비전도성 특성, 충‧방전 과정에서 실리콘의 부피팽창으로 인한 낮은 수명은 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다. 최근 실리콘 음극의 성능 개선을 위한 재료 연구가 진행되고 있으나, 보다 실용적인 성능향상을 위해서는 생산단가가 낮고 대량 생산이 가능한 기술에 대한 연구가 필요하다. 실리콘 음극 상용화를 위한 실용적이고 대량 생산 가능성을 고려한 기술에 대한
헬로티 함수미 기자 | 고려대학교 KU-KIST융합대학원 윤영수 교수 연구팀이 리튬이차전지의 용량과 안정성을 모두 확보하는 연구 결과를 내놓았다고 밝혔다. 연구팀은 차세대 리튬금속전지의 음극용 소재로 주목받고 있는 2차원 신소재 맥신(MXene) 표면에서 리튬 금속 핵생성과 성장 메커니즘을 관찰했다. 고체상 전극-전해질 계면에서 균일한 리튬 증착 메커니즘 규명을 통해 기존 리튬이온전지의 10배 이상 높은 용량을 확보하면서도 안정성 또한 확보했다. 웨어러블, 전기차, 지능형 로봇 등의 첨단 전자 기기는 우리의 일상생활에 깊숙이 들어와 있다. 향후 사물인터넷과 빅데이터 등을 통해 인공지능과 연결되어 더욱 활용도가 높아질 전망이다. 이러한 첨단 시스템을 구축하는 과정에서 고용량의 전지 등 전력원을 개발하고 확보하는 것이 필수적이다. 현재 전력원으로 널리 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 높은 에너지 효율과 우수한 물리화학적 안정성을 가질 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 그러나 점점 활용도가 높아지는 최신 전자기기들은 현재 시스템보다 훨씬 더 높은 에너지 및 전력을 필요로 한다. 기존의 리튬이온전지는 흑연과 같은 무거운 재료를 포함해 높은 전력을 확보하
ⓒGetty images Bank [헬로티] 갤럭시노트7의 연이은 폭발사고로 인해 소비자들의 불안감이 고조되고 있는 가운데, 화재나 폭발 위험이 없는 안전한 리튬이차전지에 대한 관심 역시 높아지면서 관련 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 특허청에 따르면 2006년 이후 최근 10년간 고체전해질 이차전지 관련 PCT 국제출원은 219건이었다. 2010년까지 10여건 정도에 불과했지만 2011년 이후 2배 이상 급증하고 있는 추세로 지난해는 50건의 특허가 출원됐다. 리튬이차전지는 스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 휴대용 전원으로 널리 활용되는 전지로 에너지밀도가 높고 수명이 긴 것이 특징이다. 현재는 주류를 이루었던 휴대기기용 소형전지를 뛰어 넘어 전기자동차용의 전원, 중대형 에너지 저장장치 등으로 분야를 확장하고 있다. 기존 리튬이차전지에 사용되는 액체전해질은 전해액의 분해반응 등으로 인해 발화, 폭발의 위험성이 존재했다. 이러한 단점을 해결하기 위해 관련업계에서는 고체전해질로 대체하고 있다. 출원된 기술로는 ▲안정성은 우수하지만 낮은 이온전도도와 고온 열처리 공정시간이 긴 산화물(oxide)계 소재가 67건(30.6%) ▲이온 전도도는 높지만 수분과
웨어러블 시대 실현의 가장 큰 걸림돌 전원 문제 해결했다 IoT, 웨어러블 기기의 시대가 오고 있지만, 관련 기술은 이에 미치지 못하는 것처럼 보인다. 최근 국내 연구진에 의해 원하는 사물 위에 간단한 프린팅 공정을 이용하여 전지를 제조함으로써, 기존 기술로는 도달하기 힘든 높은 수준의 디자인 다양성이 확보된 신개념 플렉시블 리튬이차전지가 개발됐다. 이 글에서는 관련 연구 내용과 이로 인한 기대효과에 대해 기술한다. 최근 웨어러블 컴퓨터, 플렉시블 디스플레이 및 두루마리 전자 종이 등 미래 웨어러블 기기 및 사물인터넷을 작동시키는 데 필요한 전원으로서, 다양한 모양으로 쉽게 변형할 수 있는 플렉시블(flexible) 전지가 크게 주목받고 있다. 현재 상업화된 리튬이차전지는 시트(sheet) 형태의 양극, 음극 및 분리막을 서로 포개어 모은 후, 정해진 규격의 포장재 케이스에 넣고 액체전해질을 주입하여 제조되는 형태다. 이러한 기존 전지 구조로는 앞서 언급한 다양한 디자인을 요구하는 차세대 기기들의 전원으로 적용되는 데 한계를 보이고 있는 실정이다. 이러한 기존 전지 구조의 한계로 인해, 스마트폰을 포함한 전자 기기들은 전지가 삽입될 공간을 미리 확보하는 형태
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