정성균 교수팀, 고체 전해질과 양극의 열 안정성 원리 규명 전고체 배터리를 더 안정적으로 활용할 수 있는 방법을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다. 2일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 정성균 교수팀은 충전된 양극과 할라이드계 고체 전해질 사이의 열 안정성에 대한 연구를 통해 그 연관성을 규명했다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬이온전지는 화재와 폭발 위험성이 큰 유기 액체 전해질을 사용한다. 이런 위험성으로 인해 대체품으로 비연소성 무기 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리가 주목받았다. 무기 고체 전해질 중 하나인 황화물 고체 전해질은 차세대 전고체 배터리 개발 분야의 유망 소재로 연구되고 있으나, 고체 전해질과 전극 사이에 생기는 폭발성 분해 생성물로 열에 대한 안정성 문제가 제기됐다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 할라이드계 고체 전해질을 사용했다. 이 전해질은 황화물 고체 전해질에 비해 산화 안정성이 뛰어나 양극과 복합체를 이룰 때 주로 사용된다. 연구팀은 할라이드 고체 전해질 중 대표적으로 사용되는 LIC와 양극을 혼합한 복합체를 만들어 열 안정성 평가를 진행했다. 평가 결과 해당 복합체는 분해 반응이 시작되는 온도가 높아져
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
SNE리서치, ‘LIB 시장에 따른 분리막 시장 변화 전망(‘20~’30) – LIB 패권 경쟁시대, 분리막의 방향은?’ 리포트 발표 북미 전기차용 리튬이온전지(이하 “LIB”) 분리막 시장이 2030년 53.1억 달러(한화로 약 7조 원)까지 성장할 것이란 전망과 함께 이를 한국 회사들이 주도할 수 있다는 분석이 나왔다. SNE리서치에 따르면 북미 향(向) 전기차용 LIB 분리막 시장은 2022년 8억5천만㎡(제곱미터)에서 2030년 91억8천만㎡까지 연평균 35% 성장할 전망이다. 글로벌 분리막 시장을 북미, 유럽, 중국, 아시아, 기타 지역으로 나누었을 때 북미 시장이 가장 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 보인다. 금액 기준 규모로는 2022년 7억3천만 달러에서 2030년 53억 1천만 달러까지 연평균 28% 성장할 것으로 전망한다. 현재 북미에는 승용 전기차 향(向) LIB에 주로 사용하는 습식 분리막 업체가 없다. 지금까지 LIB 제조사들은 다른 지역에서 습식 분리막을 만들어 북미의 LIB 공장에서 셀을 제조했다. 그러나 미국의 인플레이션방지법(IRA) 세부수칙 발표로 상황이 바뀌었다. 분리막 업체들은 2028년까지 북미에서 분리막을 생산해야
차세대 이차전지 상용화 가능성 높여…국제학술지 'ACS 나노' 게재 리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지로 주목받는 마그네슘 전지를 일반 전해질에서도 구동할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 선임연구원 연구팀이 부식성 첨가제가 없고 대량생산이 가능한 일반 전해질로도 마그네슘 전지를 고효율로 구동할 수 있는 마그네슘 금속 화학적 활성화 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 마그네슘 전지는 2가 이온인 마그네슘 이온을 활용하는 전지로 리튬 같은 알칼리 금속 이온 전지보다 높은 에너지 밀도를 낼 수 있다. 마그네슘 금속을 음극으로 활용하면 리튬 금속에 비해 1.9배 큰 용량을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 마그네슘은 이온을 운반하는 전해질과 반응성이 커 충·방전이 어려운 게 상용화를 가로막아 왔다. 부식성 전해질을 써 충·방전 효율을 높이는 방법도 있지만 부품 부식이 빨리 일어나는 문제가 있었다. 연구팀은 음극으로 활용할 마그네슘 금속을 반응성 알킬 할라이드 용액에 담가 표면에 보호막을 합성하는 공정을 개발했다. 여기에 특정 용매를 섞으면 마그네슘 표면에 나노구조가 만들어지며 충·방전이 촉진되는 것으로 나타났
KAIST-POSTECH 연구팀, 신재생에너지 저장할 수 있는 레독스 흐름전지 개발 KAIST 화학과 변혜령, 백무현 교수 연구팀, POSTECH 화학과 서종철 교수팀이 공동연구를 통해 수계 레독스 흐름전지에 활용할 높은 용해도의 안정한 유기 활성 분자를 개발했다고 23일 밝혔다. 대표적인 2차전지인 리튬이온전지를 대체할 수 있는 수계 레독스 흐름 전지는 낮은 원가, 낮은 발화 위험, 그리고 20년 이상의 장수명 특성을 가져 신재생 에너지와 연계한 에너지저장장치(ESS)로 활용할 수 있다. 레독스 흐름전지로 가장 널리 사용되는 활성물질은 바나듐 원소이지만, 최근 바나듐의 원가 상승으로 인해 이를 대체할 수 있는 레독스 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 유기 분자의 설계를 통한 수계 레독스 흐름 전지 개발 연구에 집중했다. 유기 분자는 다양한 합성 디자인을 통해 용해도, 전기화학적 레독스 전위 등을 조절할 수 있어 바나듐보다 높은 에너지 저장이 가능한 유망한 활성물질의 후보군이다. 대부분의 유기 레독스 활성 분자들은 낮은 용해도를 가지거나 레독스 반응 시 화학적 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 활성 분자들의 용해도가 낮으면 에너지 저장 용량이
2025년부터 순 니켈 기준 6만톤 수준의 니켈 중간재(MHP) 생산 목표…전기차 120만 대분 포스코홀딩스가 니켈 자원 강국인 인도네시아에서 이차전지용 니켈 사업을 시작한다. 포스코홀딩스는 23일 인도네시아 자카르타에서 중국 닝보리친社와 니켈 생산에 상호 협력하는 합의각서(MOA)를 체결했다. 이날 협약식에는 이경섭 포스코홀딩스 이차전지소재사업추진단장, 지앙신팡 닝보리친 총경리가 참석했다. 이번 닝보리친社와 MOA로 포스코홀딩스는 뉴칼레도니아, 호주에 이어 세계 1위 니켈 보유·생산국인 인도네시아에서도 니켈 공급망을 갖추게 됐다. 인도네시아는 전체 니켈 매장량이 2100만 톤에 달해 주요 이차전지용 니켈 허브로 각광받고 있다. 니켈은 전기차용 이차전지의 충전 용량을 늘려 자동차 주행거리 등 성능을 결정하는 핵심원료로, 전기차 시장의 성장에 따라 이차전지용 니켈의 수요도 가파르게 증가하고 있다. 닝보리친社는 니켈 광산에서 부터, 제련, 트레이딩까지 밸류체인 전반에 대한 사업을 하는 중국 기업이다. 특히 니켈 광석을 산에 녹여 추출하는 습식제련 기술에 강점이 있어 2021년 인도네시아 최초로 이차전지용 니켈 습식제련공장을 설립해 운영 중에 있다. 이번 협약으로
'고용량 바나듐 산화물' 활용…에너지 용량 50% 높여 에너지 저장 용량이 기존 대비 약 50% 증가한 고성능 리튬 금속 배터리를 구현해 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 기술이 개발됐다. 9일 광주과학기술원(GIST)에 따르면 신소재공학부 엄광섭 교수 연구팀은 리튬이 존재하지 않는 리튬-프리 소재인 바나듐 산화물을 양극 소재로 사용해 기존 배터리 대비 약 1.5배 증가한 용량을 갖는 리튬 배터리를 개발했다. '에너지 저장 용량'은 전기자동차 1회 충전 시 주행거리를 좌우하는데, 이번 연구로 개발된 배터리를 활용하면 전기자동차 1회 충전 시 주행거리가 약 50% 증가(기존 대비 약 1.5배)할 것으로 기대된다. 전기자동차에 사용되는 '리튬 배터리'는 기존 흑연 음극을 리튬 금속 음극으로 대체한 배터리다. 가벼우면서도 리튬 금속 음극의 용량이 크고 산화 환원 전위가 낮아 차세대 배터리로 인기를 끌고 있다. GIST 연구팀이 활용한 바나듐 산화물 양극 소재는 이론 용량이 기존 전이 금속 산화물 양극 소재 대비 약 1.5~2배 이상 높다. 그러나 배터리 충·방전 과정 동안 구조가 붕괴할 수 있고, 이온·전자 전도성이 낮아 느린 전기화학적 반응 속도를 가졌
고체전해질/전극 제조기술 혁신, 전기차 주행거리 한계 및 화재 이슈 해결 기여 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 소속 연구개발팀의 ‘전기차용 차세대 전고체전지(황화물계) 소재 원천기술’이 ‘2021년 출연(연) 10대 우수 연구성과’에 선정됐다. 10대 우수 연구성과는 과학기술분야 출연(연)이 2021년 수행한 주요 연구과제 중, 선정위원회의 심사기준에 따라 과학적·기술적·경제적·사회적·인프라적 큰 가치를 창출한 성과를 대상으로 주어진다. 우수성과로 선정된 단체 및 연구자에게는 과학기술정보통신부 장관상이 수여된다. 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 높아진 안전성 덕분에 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화/소형화/형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술이다. 하지만 전고체전지는 제조공정 및 양산화의 어려움, 높은 단가, 계면 불안정성 등 상용화까지 해결해야 할 많은 과제를 안고 있다. KERI의 성과는 이러한 전고체전지의 한계를 극복하고, 상용화에 기여할 수 있는 핵심
한국전기연구원 김병곤 박사팀, ‘1차원 중공 코어-다공성 쉘 탄소 나노섬유’ 개발 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀의 리튬금속전지 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문으로 게재됐다. 기존 리튬이온전지가 흑연 음극에 리튬 이온을 탈·삽입해 에너지를 내는 구조라면, 리튬금속전지는 부피가 크고 무거운 흑연을 사용하지 않고, 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 리튬금속 음극은 흑연 음극(372mAh/g)과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3860mAh/g) 높아 전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 충·방전 시 리튬금속을 효과적으로 저장하지 못하면 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 일명 ‘수지상 결정(dendrite)’이 형성돼 점점 부피가 커지는 문제가 발생한다. 이는 전지의 수명 저하와 내부 단락에 따른 화재·폭발 사고로 이어질 수 있다. 이를 해결하기 위해 KERI가 개발한 기술은 ‘중공 코어(Core) 다공성 쉘(Shell) 구조의 탄소 나노섬유’다. 먼저 ‘중공 코어’ 부분에는 리튬 친화성 물질인 ‘금’ 나노
국비 포함 총사업비 341억 투입…울산시 "이차전지 인프라 활용해 새 일자리 창출 노력" 울산에 '차세대 이차전지 상용화 지원센터'가 구축된다. 울산시는 산업통상자원부가 올해 3월 공모한 '차세대 이차전지 상용화 지원센터 구축 사업'에 최종 선정돼 국비 182억원을 확보했다고 26일 밝혔다. 차세대 이차전지는 기존 상용 이차전지인 리튬이온전지 등이 가진 화재·폭발 위험성을 극복하고 고성능, 고안전, 경량, 친환경을 실현할 수 있는 전지를 말한다. 차세대 이차전지 상용화 지원센터 구축 사업은 이번에 확보한 국비를 포함한 총사업비 341억원이 투입돼 2025년 완료된다. 사업 주관은 한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터가 담당하고, 울산테크노파크, 울산과학기술원(UNIST), 울산대학교가 참여해 기반 구축, 기업 지원, 인력 양성 등에 나선다. 기반 구축은 안전성 평가 센터(640㎡)를 건립하고, 제조·성능평가실(625㎡) 및 고도 분석실(112㎡) 등을 갖추며 관련 장비 40여 종을 설치한다. 기업실무자 등을 중심으로 직무 실습 프로그램 등을 운영해 인력을 양성한다. 울산시는 전국에서 유일하게 이차전지 소재·부품 제조, 소형·중대형 전지 제조·평가, 사
올해부터 4년 동안 국비 150억 원 포함해 모두 300억 원 투입 충청남도는 지난 3일 산업통상자원부가 공모한 '전기차용 폐배터리 재사용 산업화 기술 개발' 사업 대상에 최종 선정됐다고 밝혔다. 이번 공모는 석탄화력발전 대체 산업 육성을 위해 도가 보령시와 기획해 정부에 제안한 사업이다. 공모 선정에 따라 도는 보령 관창산업단지 내에서 전기차 폐배터리 재사용·재활용 기술 개발, 장비·기반 구축, 실증 등을 추진한다. 한국자동차연구원이 주관하고 충남테크노파크, 한국생산기술연구원, 한국전자기술연구원, 한국전지연구조합, 순천향대 등이 참여한다. 세부 사업은 전기차 실주행 기반 배터리·차량 데이터 플랫폼 개발, 사용 후 배터리 재사용 응용제품 검증 기술 개발, 리튬이온전지 최적 재활용 공정 기술 개발 등이다. 올해부터 4년 동안 국비 150억 원을 포함해 모두 300억 원을 투입한다. 도는 이번 사업이 탈석탄 지역 대체 산업 발굴·육성의 성공 모델이 되고, 빅데이터 기반 자원 재활용 시스템 구축으로 저탄소 산업 구조 전환을 앞당길 것으로 기대한다. 도와 보령시가 지난해부터 보령시 주포면 관산리 일대에서 추진 중인 '자동차 튜닝산업 생태계 조성 사업'과 연계 효과도
포스코홀딩스는 최근 테라사이언스와 실리콘음극재 생산기술을 보유한 테라테크노스 지분 100%를 인수하는 계약을 체결했다고 5일 밝혔다. 테라테크노스는 2017년 설립된 실리콘음극재 스타트업으로 열전달이 우수한 고온 액상 방식의 생산 기술을 보유하고 있다. 포스코홀딩스는 "실리콘음극재는 현재 리튬이온전지에 대부분 사용되고 있는 흑연음극재보다 에너지 밀도를 4배 정도 높일 수 있어 전기차 주행거리 향상은 물론 충전 시간도 단축할 수 있는 차세대 음극재"라고 소개했다. 포스코홀딩스는 테라테크노스 인수 후 연내 증설을 시작해 2024년 상반기 제품을 양산·판매할 계획이다. 포스코그룹은 리튬과 니켈 등 원료부터 양극재까지 이차전지소재 공급망 가치사슬을 구축한 데 이어 이번 테라테크노스 인수로 음극재 분야에서도 포트폴리오를 확대해 향후 이차전지소재 분야의 높은 중국 의존도를 낮출 수 있을 것으로 기대했다. 헬로티 김진희 기자 |
포항공과대학교-한양대 공동연구팀, 리튬이온전지의 용량·수명을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 AI 기술 개발 자가용과 버스, 택시에 이르기까지, 최근 도로에서는 전기자동차를 어렵지 않게 볼 수 있다. 전기자동차는 친환경적이면서 유지 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 배터리가 방전된다거나 수명이 다 되면 치명적인 사고가 일어날 수 있어 주의가 필요하다. 전기자동차에 주로 사용되는 리튬이온전지의 용량과 수명을 정확하게 예측하는 기술이 필요한 이유다. 포항공과대학교(포스텍)는 기계공학과 이승철 교수·박사과정 김승욱 씨 연구팀이 한양대 오기용 교수와의 공동연구를 통해 리튬이온전지의 용량·수명을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기술을 개발했다고 밝혔다. AI에 물리 지식을 더해 예측 성능을 획기적으로 높인 이 연구성과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘어플라이드 에너지(Applied Energy)’에 최근 게재됐다. 배터리 용량을 예측하는 방법은 복잡한 배터리의 내부 구조를 단순화한 물리 기반 모델과 배터리의 전기적·기계적 응답을 활용한 AI 모델 두 가지로 나뉜다. 다만 기존의 AI 모델은 학습에 방대한 데이터가 필요한데다 학습하지 않은 데이터에 대해 예측
희유금속 분리 정제 기술을 바탕으로 전기차 배터리 핵심원료인 리튬·니켈·코발트 등 폐배터리 재활용 혁신기술 개발 성공 전 세계적인 친환경 에너지로의 전환에 따른 전기차 보급이 빠르게 확산되면서 전기차 배터리 원료광물의 수요와 관심이 높아지고 있는 가운데, 초기 단계에 머무르고 있는 국내외 폐배터리 재활용 기술개발 고도화의 필요성이 증대되고 있다. 한국지질자원연구원(KIGAM)은 순환자원연구센터 배터리재활용연구단 김홍인 센터장 연구팀이 폐배터리 재활용 혁신기술을 적용해 전기차 폐배터리에서 순도 높은 리튬․니켈․ 코발트 등 핵심원료를 추출, 재활용하는데 성공했다고 밝혔다. 폐배터리 재활용 기술은 희유금속 분리 정제 공정 원천 기술을 바탕으로 전기차 폐배터리에서 리튬이온전지의 원료물질(탄산리튬·황산니켈·황산코발트 등)을 다시 제조하는 혁신적인 연구기술록, 배터리 원료인 전구체로 만들어 ESS 및 전기차용 양극재로 활용된다. 지질자원연에 따르면, 추출 과정에서 양극과 음극을 분리해 침출잔사(불순물)가 발생하는 음극을 미리 분리, 배터리 분리 공정의 효율성을 높였다. 특히 폐배터리 셀 기준 98% 이상의 희소금속을 회수해 재활용할 수 있는 선도 기술로 소형 리튬이온전
KAIST, 배터리용 음극과 축전기용 양극 결합해 저장 용량·충전 속도 높여 '제2의 반도체'로 불리는 리튬이온전지의 근본적 한계를 극복한 차세대 에너지 저장 장치가 개발됐다. KAIST 신소재공학과 강정구 교수 연구팀은 우수한 성능의 급속 충전이 가능한 고에너지·고출력 하이브리드 리튬이온전지를 개발했다고 21일 밝혔다. 연구팀은 고분자 수지 배향의 변화를 통해 넓은 표면적의 다공성 탄소 중공 구조체를 합성했고, 이를 기반으로 하는 음극 및 양극 소재를 개발해 고성능 하이브리드 리튬이온전지를 구현했다. 리튬이온전지는 대표적인 에너지 저장 장치로 전자기기부터 전기차까지 전반적인 전자 산업에 필수적인 요소이기 때문에 '제2의 반도체'라고도 불린다. 그러나 느린 전기화학적 반응 속도, 전극 재료의 한정 등의 특성에 의한 낮은 출력 밀도, 긴 충전 시간, 음극 및 양극 비대칭성에 따른 큰 부피 등의 근본적인 한계로 인해 고성능 전극 재료 및 차세대 에너지 저장 소자의 개발이 필요하다는 지적이 있어 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 활발하게 연구 중인 하이브리드 전지는 배터리용 음극과 축전기용 양극을 결합해 높은 저장 용량과 빠른 충·방전 속도의 장점을 모두
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