국내 연구진이 휴대용 전자기기 및 전기차 등의 리튬 이차전지 에너지 밀도를 높이고 고전압 구동 때도 안정성을 높여줄 용매를 개발했다. 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최남순 교수팀이 울산과학기술원(UNIST) 화학과 홍성유·서울대 화학생물공학부 이규태·고려대 화공생명공학과 곽상규·경상국립대 나노·신소재공학부 이태경 교수 연구팀과 함께 4.4V의 높은 충전 전압에서 리튬 금속 전지의 효율과 에너지를 유지하는 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 구동할 수 있는 상한 전압 한계가 있는 용매들과 달리 높은 충전 전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 새로운 용매를 합성하는 데 성공, 이를 첨가제 기술과 접목해 현저하게 향상된 가역 효율(상온 200회 99.9%)을 달성했다. 가역 효율은 사이클마다 전지의 방전용량을 충전용량으로 나눠 백분율로 나타낸 값으로, 가역 효율이 높을수록 사이클마다 배터리 용량 손실이 적은 것을 의미한다. 또 이 기술은 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 방전용량 유지율을 보였다. 연구팀이 이번에 세계 최초로 합성 및 보고한 환형 설폰아
송현곤 교수팀, 인체 항산화 작용 모방 전해액 첨가제 개발…350배 싼 고용량·장수명 배터리 실현 UNIST 에너지화학공학과 송현곤, 이현욱 교수팀이 배터리 양극에서 발생한 활성산소를 제거할 수 있는 생체반응 모방형 전해액 첨가제 ‘구아이아콜’을 개발했다. 이 물질은 인체의 노화를 늦춰주는 항산화제처럼 배터리 안에서 발생하는 활성산소와 반응해 배터리의 노화를 막는다. 연구팀이 기존에 발표했던 무기물 항산화 첨가제(MA-C60)에 비해 약 1/350의 가격(약 1g당 1200원)으로 만들 수 있다. 전기차 및 대용량 에너지저장 장치 수요가 급격하게 증가함에 따라 높은 용량을 구현하기 위한 연구가 활발해졌다. 기존 고용량 양극 연구는 높은 용량을 낼 수 있지만 수명이 짧다는 단점을 가진다. 대표적인 이유는 배터리 충·방전 중 발생하는 활성산소 때문이다. 활성산소는 전해액을 분해해 배터리 안에서 전기 에너지를 만들어내는 활물질을 용해하거나 배터리를 팽창시키는 등 배터리 성능을 크게 저하한다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 항산화제에 주목했다. 대표적인 항산화제에는 ‘페놀’류가 있는데, 양성자 이동을 통해 활성산소를 제거하기 때문에 리튬 이온 기반 전해질을 사용
UNIST 조재필 특훈교수팀, ‘Nature Energy’ 리뷰 논문 게재 실리콘 입자의 크기 조절로 부피팽창 및 수명 저하 문제 해결 국내 연구팀이 상용화된 전지에 적용 가능한 실리콘 음극재를 평가할 수 있는 분석 프로토콜을 제시했다. UNIST 에너지화학공학과 조재필 특훈교수팀은 ‘Nature Energy’에 리뷰 논문을 싣고, 이차전지 소재로 가장 주목받는 실리콘 음극 물질들이 상용화 전지에 사용되기 위해 확보해야 할 특성 및 문제점을 심도있게 분석했다. 실리콘 음극재는 충·방전 시 흑연 대비 5배 이상의 부피 팽창과 수축으로 인해 부서짐 현상이 발생한다. 이로 인해 전해액과의 분해 반응이 가속화되고 표면 막이 두껍게 형성돼 리튬이온의 이동을 저해함으로써 수명 저하를 일으킨다. 전기자동차의 배터리 음극에서 사용중인 실리콘 소재는 마이크론(100만분의 1)크기의 입자인 SiOx 계통으로 5% 미만 함유돼 있지만, 사용되는 소재의 초기효율이 80%대에 전도도까지 낮아 고속 충전에 문제가 있다. 연구팀은 개발 중인 실리콘 소재들은 초기 효율이 86%이하로 94%인 흑연에 비해 낮아 양극의 사용 효율을 감소시킨다는 문제점을 지적했다. 실리콘 소재는 입자가 커질
SNE리서치 전망…4대 소재 생산량은 중국 의존도 압도적 양극재·음극재·전해액·분리막 등 리튬이온배터리 4대 소재 시장이 2030년 200조원 가까운 규모로 성장할 것이란 전망이 나왔다. 2일 에너지 전문 시장조사기관 SNE리서치에 따르면 지난해 리튬이온배터리 4대 소재 시장 규모는 549억달러(70조원)로 추정된다. SNE리서치는 전기차 시장의 폭발적 성장에 힘입어 4대 소재 시장이 2025년 934억달러(121조원), 2030년 1476억달러(192조원) 규모로 성장할 것으로 전망했다. 양극재·음극재·전해액·분리막 등 4대 소재는 전체 배터리 시장의 70%를 차지하며, 특히 양극재는 4대 소재 시장의 60% 이상을 차지한다. 양극재 비용에 리튬, 코발트, 니켈 등 원자재 가격이 반영되기 때문이다. 양극재는 전기차의 주행거리와 출력 등 성능을 결정하는 배터리 핵심 소재다. 지난해 삼원계 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재 시장에서는 한국의 에코프로비엠이 출하량 1위를 차지했다. 이어 유미코어(벨기에), XTC(중국), LG화학(한국), 롱바이(중국) 등 순이었다. LFP(리튬·인산·철) 시장에서는 중국 업체가 1∼5위를 모두 차지했다. 음극재는 양극에서 나온
헬로티 김진희 기자 | 지난해 미국, 유럽연합 등 글로벌 시장에서 국내 배터리 기업들의 활약이 돋보였던 것으로 나타났다. 미국에서 신규 배터리 생산설비 대부분에 우리 기업들이 참여했고, 전기차 보급률이 높은 유럽에서는 판매 점유율 1위를 유지했다. 12일 산업통상자원부에 따르면 지난해 말 미국 에너지부(DOE) 발표 내용을 보면 2025년까지 미국 내 건설 예정인 13개 대규모 배터리 생산설비 중 11개가 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 등 국내 3사 관련 설비로 확인됐다고 밝혔다. 현재 미국 내 가동중인 국내기업의 배터리 설비는 미국 전체 생산 설비의 10.3%에 불과하나, DOE가 발표한 계획이 차질없이 추진될 경우 2025년까지 70% 수준으로 비중이 확대될 것으로 한국전지산업협회는 전망했다. EU 지역은 2017년부터 진행된 우리 기업들의 선제적인 투자로 이미 국내 배터리 3사가 시장의 대부분을 점유하고 있다. EU 내 배터리 생산설비 중 우리 기업들이 차지하는 비중은 64.2%이며(한국전지산업협회), 지난해 국내 배터리 3사의 EU시장 판매 점유율은 71.4%였다. 이 같은 EU에서의 경쟁력을 유지하기 위해 국내 기업들은 현재 생산설비 규모를
헬로티 서재창 기자 | 엔켐이 다음 달 코스닥에 입성한다. 지난 15일, 엔켐은 기업공개(IPO) 온라인 기자간담회를 열어 상장 계획을 밝혔다. 2012년 설립된 엔켐은 2차전지 4대 핵심 소재 중 하나인 전해액을 생산하는 기업이다. 세계 최초 2세대 전기차용 전해액 사업에 성공했고, 미국, 유럽, 한국, 중국에 현지 생산 공장을 설립하며 글로벌 생산 인프라를 구축했다. 엔켐은 전 세계 전해액 회사 중 매출 증가율(2013년~2020년 기준 연평균 83.2%) 1위를 기록하고 있다. LG에너지솔루션, SK이노베이션, CATL이 엔켐의 고객사다. 오정강 엔켐 대표이사는 "이번 상장을 계기로 엔켐은 글로벌 미래 에너지 토털 솔루션 제공자로서 국내외 모든 고객이 만족하는 글로벌 최고의 전해액 제조사로 성장하겠다"며, "한국의 전지 기업이 글로벌 시장에서 경쟁력을 확보하는 데 일조하겠다"고 말했다. 엔켐이 이번에 공모하는 주식은 226만2625주로, 공모가는 3만~3만5000원, 총 공모금액은 678억~792억 원이다. 이날부터 18일까지 기관투자자 수요예측을 거쳐 21~22일 일반 청약을 받는다. 이어 11월 초 코스닥 상장 예정이다. 한편, 대표 상장주관은 대신
헬로티 조상록 기자 | 최근 반도체·배터리 분야에서 국내 기업들이 소재 국산화에 속도를 내고 있다. 이제까지 일본, 중국 등에서 수입해오던 소재들을 국산화 하면서 안정적인 생산 구조를 갖추겠다는 전략에서다. 삼성전자는 일본과 독일에서 전량 수입하던 반도체 핵심 소재 ‘고순도 염화수소’를 국내 중견기업 백광산업과 손잡고 국산화에 성공했다. <동아일보 6월 9일 보도 "삼성, 日 의존했던 반도체 소재 국산화> 고순도 염화수소는 수소와 염소를 99.999% 이상의 순도로 각각 정제해 염화수소로 합성하고, 합성된 염화수소를 정제 및 분리하는 기술이다. 고순도 염화수소는 웨이퍼 제조공정 중 세정과 에칭작업 및 식각공정에의 필수 소재다. 반도체 제조 공정 외에도 태양전지, 실리콘웨이퍼, 디스플레이 등 다양하게 활용된다. 염화수소 시장은 일본 토아고세이와 독일 린데가 시장을 과점하고 있다. 한화솔루션은 산업기술평가관리원과 탄소분자체(Carbon Molecular Sieve·CMS) 개발에 나선다. 탄소분자체는 산업용 가스 등에서 이산화탄소(CO2) 등 원하는 가스 분자를 선택적으로 흡착해 분리할 수 있는 검은색의 팰릿 모양의 소재로, 철강 등 제조 공정에서 발
[헬로티=이동재 기자] (출처 ; InterBattery 2021 홈페이지) 전 세계적인 탄소중립 흐름을 타고 친환경에너지원인 이차전지 시장이 어느 때보다 주목받고 있다. 이차전지 전문 조사기관 SNE리서치는 작년 발표한 보고서에서 리튬이온 이차전지 시장이 2030년에 3000GWh를 돌파할 것으로 전망했다. (올해 세계 전기차에 탑재된 배터리 사용량은 144GWh다.) 올해 9회째를 맞아 내달 9일(수)부터 11일(금)까지 3일간 열리는 InterBattery(인터배터리) 전시회는 산업통상자원부가 주최하고 한국전지산업협회와 코엑스가 주관하는 배터리 산업 분야의 대표적 전시회로서, 2013년에 국내 최대 규모로 런칭됐다. 전시품목은 충전용 배터리, 캐퍼시터, 소재 및 부품, 제조기기, 검사/측정 장비 등이 있고 지난해 전시회에는 해외업체를 포함, 200여개 업체가 참여, 380개의 부스가 마련되는 등 성황을 이뤘다. 본지는 ‘인터배터리 2021’에 앞서 관람객이 전시회를 더 효과적으로 참관할 수 있도록 올해 참가 업체 중 주목할 만한 업체들을 미리 짚어보고자 한다. 동화일렉트로라이트 주식회사 (출처 : 동화일렉트로라이트) 동화일렉트로라이트는 2009년 8월
[첨단 헬로티] 이차전지 시장 확대에 따라 주요 소재 중 하나인 전해액의 급속한 성장세가 전망된다는 조사결과가 나왔다. 전기자동차용 이차전지 시장조사업체인 SNE리서치가 발표한 ‘2020년 리튬이온 이차전지 전해액 기술동향 및 시장전망’ 보고서에 따르면, 이차전지 전해액의 시장 수요는 2019년부터 오는 2025년까지 연평균 성장률이 42%에 달할 전망이다. 전해액은 리튬이온 이차전지를 구성하는 주요 소재 중 하나다. 이차전지에서 양극활물질과 음극 활물질 간에 리튬이온이 원활하게 이동할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 2019년 전세계 리튬이온 이차전지용 전해액의 수요는 총 13만 5,000톤 수준이었다. 2025년 수요는 약 109만 3,000톤까지 늘어날 전망이다. 소형 전지용 전해액과 중대형 전지용 전해액의 비율은 2019년 약 34:66에서 2025년 6:94 수준으로 바뀐다. 승용 전기차 보급의 활성화가 진행되며 중대형 전지용 전해액의 수요 비중은 앞으로 더욱 늘어날 것이기 때문이다. 2018년 기준 전체 전해액 업체별 출하량 순위는 중국의 티엔치(Tinci)가 3만 5,700톤으로 1위를 차지했다. 시장점유율은 20%다. 이
[첨단 헬로티] 나카무라 미유키(中村 倖), 쿠니에다 마사노리(國枝 正典) 東京대학 1. 서론 전해가공이란 전기분해 작용을 전도성 공작물 상의 원하는 장소에 집중시켜 목적 형상을 얻는 가공법이다. 방전가공과는 달리 열적 가공이 아니기 때문에 가공 변질층이 없고 공구 전극 소모도 없다는 특징이 있다. 한편, 양극에서 용해한 공작물 이온이 슬러지로서 침전하거나, 음극 표면에서는 물이 전해되어 수소 기포가 발생하거나 한다. 이와 같은 전해 생성물은 전해액의 도전율을 저하시켜 가공을 방해하므로 일반적인 전해가공으로는 전해액을 고속으로 분류함으로써 생성물을 플러싱하고 있다. 그러나 전해액 흐름은 기포 분포의 편차를 초래해 가공 정도를 저하시키는 외에 갭 내의 전해액 흐름장을 균일하게 하기 위한 트라이 앤드 에러도 필요하다. 이들 전해액 분류가 초래하는 문제 때문에 전해가공의 가공면 성상이 우수함에도 불구하고 금형가공에 대한 적용이 곤란하다. 따라서 정지액 중에서 가공할 수 있는 것이 이상적인데, 이를 위해서는 기포나 슬러지를 분류 없이 플러싱해야 한다. 전해액 분류 이외에 플러싱 방법으로서 일반적으로 이용되는 것은 전극 점프이다. 이것은 갭을 넓힘으로써 전해액을 교반
[첨단 헬로티] 전기차 보급이 늘면서 ‘고용량 배터리’에 대한 관심이 높다. 음극에 ‘리튬 금속’을 쓰는 ‘리튬 금속 전지’도 이러한 맥락에서 주목받고 있다. 그런데 이 전지는 리튬 금속의 반응성이 너무 커 안정성이 낮다는 게 문제였다. UNIST 연구팀은 이 문제를 전지 내 ‘전해액’으로 해결하는 기술이 선보였다. ▲ (왼쪽부터) 최남순, 곽상규 UNIST 교수 <사진 : UNIST> 배터리 수명과 출력 높이는 ‘이온 농축형 전해액’ 개발 최남순, 곽상규 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 불소 원자를 포함하는 용매를 이용한 ‘이온 농축형 전해액’을 개발했다. 이 전해액은 리튬 금속 전지의 음극과 양극에 보호막을 고르게 형성해, 전체 배터리의 수명과 출력을 높였다. 리튬 금속 전지나 리튬 이온 전지의 충·방전은 ‘리튬 이온’이 양극과 음극을 오가며 일어난다. 이때 리튬 이온이 지나는 통로가 ‘전해액’인데, 전해액 자체가 전극(음극/양극) 표면에서 반응해 보호막
엔켐은 9월 27(수)일부터 29일(금)까지 삼성동 코엑스에서 열리는 Energy Plus 2017(2017 에너지플러스)에 참가하여 2차 전지 및 EDLC(전기이중층콘덴서)용 전해액 등에 대한 기술을 소개하는 시간을 마련했다. 엔켐은 2012년에 창업한 2차 전지 및 EDLC용 전해액과 고기능성 첨가제 개발 기업이다. 주요 생산 품목은 IT용 전해액, xEV용 전해액, ESS용 전해액, 양극용 전해액, 음극용 전해액, EDLC용 전해액 등이다. 엔켐이 최근 새롭게 개발한 고전압, 고용량, 고출력 등 차세대 IT 및 전기차용 신규 2차 전지 전해액은 주요 2차 전지 제조사로부터 우수한 성능을 검증 받았다. 현재 엔켐은 메이저 2차 전지 제조사와 EDLC 제조사에 전해액 공급을 확대하고 있다. 4차 산업혁명을 선도하는 에너지신산업 전시회들이 통합되어 역대 최대 규모로 열리는 에너지 산업 전시회인 ‘Energy Plus 2017(2017 에너지플러스)’는 코리아스마트그리드엑스포, 인터배터리, 한국전기산업대전‧한국발전산업전, 서울국제전기차엑스포, 신재생에너지엑스포 및 그린빌드 총 5개의 명성 있는 에너지 분야 전시회들이 한자리에 모
대진전지는 1993년부터 산업용 2차전지를 전문적으로 생산하고 있다. 대한민국 최초로 실리카 GEL 전해액 기술을 산업용 축전지에 상용화하여 세계 50여 개국에 수출하였고 국내에서도 KT, SK브로드밴드, 국방부, 인천국제공항 등에 제품을 대량 납품하고 있어 입지가 단단한 업체이다. 특히 중동 지역에서 두각을 나타내고 있는 대진전지는 이번 전시를 통해 일본 시장 진출을 위한 도약에 나섰다. Q. 대진전지의 기술에 대해 소개해주세요. 현재 일반적인 연축전지는 전해액이 액체로 되어 있어요. 전해액이 액체면 배터리가 파손됐을 때 액체가 누설되거나 장기간 배터리를 방치했을 때 극판이 부식되는 비율이 달라지는 문제점이 생기는데요. 저희 제품은 전해액을 겔화시켜 파손됐을 때 새는 것도 방지하고 장기간 방치 시 상하 비중차도 없어 훨씬 더 극판을 오래 쓸 수 있습니다. 배터리의 장수명을 돕는 거죠. 이런 기술을 국내에서 최초로 상용화했고 해외에서는 태양광 저장용으로 수출하고 있습니다. Q. 경쟁 업체들과 다르게 대진전지가 갖는 장점은 무엇인가요? 대진전지는 국내보다 해외에서 더 주목받고 있는데요. 국내에서는 전력 사정이 좋기 때문에 굳이 배터리나 비상전력이 필요한 경우가
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