전 세계 산업 성장을 이끌 것으로 평가되는 이차전지는 2025년 1400GWh 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이에 따라 국제에너지기구(IEA)는 이차전지 활용에 대부분의 점유율 차지하는 전기차 시장도 같은 해 전 세계 판매량 최대 약 2000만 대에 도달한다는 예측을 내놨다. 이렇게 잠재력이 확보된 이차전지는 안전성, 효율성, 사용성 등과 관련된 숙제를 동반하고 있다. 폭발부터 주행거리까지 이슈를 극복해야 하는데, 이는 이차전지 제조 영역에서의 혁신을 요구한다. 업계는 공정 설비의 자동화와 고도화를 실현해 배터리 수율 및 안전성을 높이겠다는 품질관리 전략을 내세운다. 주로 각형·원통형·파우치형 등으로 구성되는 배터리는 전극·조립·화성 등으로 제조 공정이 세분화되며, 여기에는 양극재·음극재·전해질·분리막 등 소재가 활용된다. 배터리 품질관리 솔루션 업계는 이런 공정 및 소재를 활용한 배터리 제조 공정의 혁신에 지속 다가가는 중이다. 내달 8일 ‘2024 배터리 품질관리 세미나’가 서울 삼성동 소재 전시장 코엑스(Coex)에서 열린다. 해당 세미나는 코그넥스코리아·이스라비젼코리아·뉴로클·LMI테크놀로지스 등 배터리 품질관리 영역에서 활약하는 업체 관계자가 연사
전 세계 산업 성장을 이끌 것으로 평가되는 이차전지는 2025년 1400GWh 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이에 따라 국제에너지기구(IEA)는 이차전지 활용에 대부분의 점유율 차지하는 전기차 시장도 같은 해 전 세계 판매량 최대 약 2000만 대에 도달한다는 예측을 내놨다. 이렇게 잠재력이 확보된 이차전지는 안전성, 효율성, 사용성 등과 관련된 숙제를 동반하고 있다. 폭발부터 주행거리까지 이슈를 극복해야 하는데, 이는 이차전지 제조 영역에서의 혁신을 요구한다. 업계는 공정 설비의 자동화와 고도화를 실현해 배터리 수율 및 안전성을 높이겠다는 품질관리 전략을 내세운다. 주로 각형·원통형·파우치형 등으로 구성되는 배터리는 전극·조립·화성 등으로 제조 공정이 세분화되며, 여기에는 양극재·음극재·전해질·분리막 등 소재가 활용된다. 배터리 품질관리 솔루션 업계는 이런 공정 및 소재를 활용한 배터리 제조 공정의 혁신에 지속 다가가는 중이다. 내달 8일 ‘2024 배터리 품질관리 세미나’가 서울 삼성동 소재 전시장 코엑스(Coex)에서 열린다. 해당 세미나는 코그넥스코리아·이스라비젼코리아·뉴로클·LMI테크놀로지스 등 배터리 품질관리 영역에서 활약하는 업체 관계자가 연사
UNIST·한양대 공동연구팀, 유기 전극의 용출 억제하는 전해질 개발 유기 전극 기반 배터리의 수명을 늘릴 수 있는 방법이 개발됐다. 유기 전극 기반 배터리의 상용화를 앞당기고 관련 후속 연구에 기초가 될 것으로 기대된다. UNIST 에너지화학공학과 곽원진 교수팀이 한양대 기계공학과 최준명 교수팀과 공동으로 “유기 전극의 장점을 유지하면서 획기적으로 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 전해질”을 개발했다고 밝혔다. 개발된 전해질은 유기 전극 활물질이 전해질로 녹아서 나오는 용출을 효과적으로 억제했다. 전극과 전해질의 계면 안정화를 유도해 전지의 수명 또한 늘렸다. 친환경적인 유기 전극 소재는 현재 리튬이온배터리에 활용되는 전이금속 기반 무기 전극 소재들을 대체하기 위한 차세대 전극으로 연구되고 있다. 하지만 전해질 안에서 발생하는 용출로 인해 전지의 수명이 짧아진다는 치명적 단점을 가진다. 곽원진 교수는 “기존에는 유기 전극 소재의 고분자화를 이용해 용출을 억제했지만 용량이나 출력에서 손해가 있었다”며 “본 연구는 전해질을 통해 제어하기 때문에 고분자화와 달리 용량의 손실이 없고 손쉽게 적용할 수 있는 접근법”이라고 설명했다. 개발된 전해질은 공용매를 첨가해 용
전극 미세조직 최적화를 통해 고온 연료전지/수전해 장치의 수명 향상 새 지평 초음파분무 습식침투 공정 적용 대면적 고체산화물 전지 상용화 기술 적용 가능 국내 연구진이 필요에 따라 수소로부터 전기를, 전력으로부터 수소를 생산하는 가역 고체산화물 전지의 성능과 내구성을 획기적으로 높이는 새로운 개념의 전극촉매를 개발했다. 가역 고체산화물 전지(Reversible-Solid Oxide Cell, r-SOC)는 산소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물(산화지르코늄(ZrO₂)이나 세리아(CeO₂) 등)를 전해질로 사용하는 세라믹 전지다. 전기를 생산하는 연료전지 모드와 수소를 생산하는 수전해 모드의 양방향 운전이 가능한 것이 특징이다. 연료전지는 수소를 공기 중 산소와 결합해 전기와 물을 만드는 장치이며, 수전해 전지는 물을 전기 분해해 수소와 산소를 생산한다. 이 기능을 동시에 수행하는 가역 고체산화물 전지는 재생에너지와 연계해 불규칙한 출력의 에너지는 수소로 저장하고, 전력 수요가 급증할 때에는 수소로 전력을 제공할 수 있는 기술로 미래 에너지 전환에 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 이처럼 가역 고체산화물 전지는 에너지의 생산과 저장을 동시에 하는 탁월한 기술
‘기술 융합 결정체’·‘기술 집약체’·‘자동차 대혁신’·‘친환경 트렌드 견인차’... 전기자동차는 더 이상 먼 미래의 꿈이 아니다. 전 세계 산업 트렌드의 핵심이자, 미래 먹거리로 확실시된다. 올해 초 세계 산업 트렌드를 엿볼 수 있는 ‘CES 2023’이 미국에서 개최됐다. CES 2023은 메타버스(Metaverse)·모빌리티(Automobility) 등 앞으로 산업을 주도할 6대 트렌드를 뽑았다. 특히 모빌리티 부문 주요 키워드는 전기자동차로 선정됐다. 전기자동차는 전 세계 친환경 트렌드와 맞물려 산업 안에서 차지하는 존재감이 점차 확대되고 있다. 지난달 1일 서울 삼성동 소재 코엑스에서 개최한 넥스트라이즈 2023에서 소개된 ‘기술 융합 결정체’ 전기차 관련 기술에 대해 살펴본다. ‘꿈의 전지’ 전고체 배터리, 꿈이 아닌 현실로 향하다. 배터리는 휴대성·편의성·소형화 가능 등 특성으로 대부분 전자 및 산업 기기에 탑재되는 장치다. 전기자동차는 기존 내연기관 기반 자동차에 기계 기술이 적용된 ‘엔진’에서, 화학 기술 집약체인 ‘배터리’로의 동력원 변화가 가장 큰 특징이다. 현재 전기차에 주로 리튬 이온(Li-ion) 배터리가 탑재된다. 해당 배터리는 고
오는 9월 고양 KINTEX 제1전시관 서 개최 이차전지 소재·부품 및 장비전(K-배터리 쇼 2023)이 오는 9월 13일부터 사흘간 고양 KINTEX 제1전시관에서 개최된다. K-배터리 쇼는 양극·음극소재, 분리막, 전해질 등 이차전지 소재와 더불어, 중대형 이차전지, 배터리 충전 인프라, 재활용 시스템, 전고체 배터리 등을 소개하는 이차전지 관련 전시회다. ’Battery Life, Better Future‘를 주제로 개최하는 이번 전시회는 올해로 2회를 맞이했다. 이번 전시회는 전동화로 전환되는 시장 생태계 속에서 이차전지 산업과 다양한 응용 분야의 융합과 이차전지 산업의 미래를 엿보는 기회의 장이 될 것으로 평가된다. 올해 K-배터리 쇼에는 배터리 핵심 소재·충전용 배터리·캐퍼시터·배터리 제조장비·배터리 자동화설비·검사 및 측정장비 등이 소개될 예정이다. 또 전기차 충전 인프라 관련 제품 및 솔루션도 함께 선보여 현재 이차전지 산업을 총망라한 기술을 경험할 것으로 보인다. 한편, K-배터리 쇼 2023은 수소산업 전시회와 동시 개최한다. 또 한국EV기술인협회가 주최하는 ’사용 후 배터리를 활용한 아이디어 경진대회‘도 함께 구성될 예정이다. 헬로티 최재
KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 포스텍 한정우 교수, 한국세라믹기술원 신태호 박사팀과의 공동 연구를 통해 양방향 고체산화물 연료전지(SOFC)용 고성능 전극 소재 개발에 성공했다고 21일 밝혔다. 양방향 고체산화물 연료전지는 고온에서 수소와 산소를 자발 반응시켜 고효율로 전력으로 변환하고, 전기를 가하면 청정 수소와 같은 친환경 에너지원을 생산할 수 있는, 탄소중립 사회를 위한 차세대 에너지 변환 기술이다. 이러한 양방향 연료전지의 전기화학적 성능을 높이기 위해서 가역반응에서 전극의 촉매 성능을 획기적으로 높이는 것이 중요하며, 이를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 다공성 연료극 구조체 표면에 고성능 나노 금속 촉매를 입히는 기존 함침법의 경우 반응점을 늘리기 위해서 반복적인 증착 공정을 수행해야 하고, 고온 장기 구동 시 응집 현상으로 인한 촉매 활성도가 저하되는 한계를 갖고 있다. 연구팀은 이러한 문제점 해결을 위해 연료전지가 작동하는 환경에서, 전극 표면에 금속합금 나노촉매가 자발적으로 형성되는 용출(exsolution) 현상을 활용한 전극을 디자인했다. 연구팀은 금속합금 나노촉매 형성을 촉진하기 위해 기존 코발타이트계 산화물 구조
전기차 시대가 본격적으로 개막되면서 국내 중소·중견기업들이 주도하던 배터리 소재 시장에 대기업들까지 일제히 가세해 경쟁이 한층 가열되고 있다. 특히 전기차 배터리 기업들은 소재 수직 계열화를 통해 수급 안정성을 높이고 있고, 석유화학 업계는 소재 사업을 새로운 성장 동력으로 삼아 경쟁 대열에 합류하고 있다. 12일 업계에 따르면 LG에너지솔루션의 모회사 LG화학은 오는 2030년까지 배터리(전지) 소재 사업부문 매출을 현재의 12배 이상인 21조 원 규모로 성장시켜 '세계 1위 종합 전지 소재 회사'로 탈바꿈한다는 목표를 최근 제시했다. LG화학은 올해부터 매년 4조 원 이상을 친환경 소재, 배터리 소재, 글로벌 신약 등 3대 신사업에 투자하는 데 특히 배터리 소재에 집중 투자할 계획이다. 배터리 4대 핵심 소재는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질이다. LG화학은 지난달 경북 구미의 양극재 공장 착공에 들어갔다. 2026년까지 한국, 중국, 유럽, 미국을 연결하는 4각 생산 체제를 구축해 양극재 생산 능력을 26만t(톤)으로 확대할 계획이다. LG화학은 분리막 사업에도 본격적으로 진출했다. 지난해 말 분리막 원단 기술을 보유한 일본 도레이와 헝가리에 합작 법
헬로티 조상록 기자 | 코오롱그룹과 한국과학기술연구원(KIST)이 수소경제, 차세대 이차전지, 바이오·헬스케어 분야 핵심기술 개발을 위한 업무협약 양해각서(MOU)를 체결했다. 코오롱은 향후 KIST와 수소 생산 및 저장, 차세대 이차전지, 약물전달시스템 등과 관련한 핵심소재 기술을 발굴하고 공동연구 및 상용화에 긴밀히 협력해 나가기로 했다. 코오롱과 KIST는 수전해 기술을 바탕으로 한 그린수소 생산과 저장을 위한 핵심 소재 개발에 역점을 둘 계획이다. 지금까지 통상 물을 전기분해해 수소를 생산할 때 고가의 희귀금속이 촉매로 쓰였지만 그보다 효율성과 경제성을 높일 수 있는 새로운 촉매제 및 핵심 소재 개발을 목표로 하고 있다. 차세대 이차전지와 관련한 4대 핵심소재(양극재, 음극재, 전해질, 분리막) 기술도 확보해 나가기로 했다. 안정성, 사용시간, 충전속도 등과 관련한 기존 이차전지의 고질적인 문제를 해소할 소재 개발에 주력한다. 코오롱은 특히 전고체 배터리의 성능을 좌우하는 전해질과 음극재와 관련해 KIST가 축적해 온 연구성과를 그룹 내 연구·개발 역량과 융합해 차세대 배터리 기반 기술을 확보해 나갈 계획이다. 바이오·헬스케어 분야에서는 코오롱이 개발
헬로티 조상록 기자 | LG에너지솔루션이 미국 샌디에이고 대학교(이하 UCSD)와 공동 연구로, 상온(25℃를 의미)에서도 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다. 기존 전고체 배터리는 60℃ 이상에서만 충전이 가능했다. 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 건 처음이다. 이번 연구 논문은 9월 24일 세계 과학계 연구성과 지표의 기준이 되는 최고 권위의 과학 저널 ‘사이언스(Science)’지(373권 6562호)에 실려 그 성과를 인정받았다. 전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체함으로써 현재 사용 중인 리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도를 향상시키고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리다. 하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60℃ 혹은 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는데다 느린 충전 속도가 한계로 지적되어 왔다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.
헬로티 조상록 기자 | 울산과학기술원(UNIST)은 전고체 배터리에 압력 센서를 붙여 내부에서 일어나는 부반응을 알아내는 데 성공했다고 9월 7일 밝혔다. 이 기술은 전지 수명을 줄이는 부반응을 알아내는 비파괴 진단 기술로 주목받고 있다. UNIST에 따르면 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀은 압력 변화를 분석해 황화물 전고체 배터리 내 2차상 물질과 수지상 물질 생성 반응을 구분했다. 연구팀은 2차상 물질이나 리튬 수지상 물질이 만들어질 때 전지 내 부피 변화에 차이가 있을 수 있다는 데에서 아이디어를 얻었다. 전지 내 물질의 부피가 줄어들면서 외부에서 측정한 압력이 감소하는 원리다. 연구팀은 이를 입증하기 위해 전지 내 부반응이 다른 두 종류의 황화물계 고체 전해질을 사용했다. 주석 금속 이온이 포함된 황화물계 고체 전해질은 배터리의 리튬 금속 전극과 만나면 불안정한 2차상으로 변하기 쉬운 반면, 금속 이온이 없는 황화물계 고체 전해질에는 리튬 금속이 전극 표면에 뾰족뾰족하게 자라 전해질 속으로 파고드는 리튬 수지상이 잘 생긴다. 제1 저자인 이찬희 박사과정 연구원은 "기존 전해질보다 부피가 훨씬 작은 2차상은 전해질 단면 전체에서 만들어지기 때문에 압
헬로티 조상록 기자 | 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)과 한양대학교가 공동으로 수송용/건물용 연료전지 MEA* 단가를 저감할 수 있는 원천기술을 개발했다. 에너지연 연료전지실증연구센터 정치영 박사 연구진과 한양대학교 화학공학과는 공동연구를 통해 습식 전기분무 방식에 기반한 연료전지 전극 내 이오노머 나노제어 기술을 통한 백금 사용량 저감 MEA 제조 원천기술을 개발했다고 밝혔다. MEA(Membrane Electrode Assembly, 막전극접합체)는 연료전지 전극과 전해질막이 접합된 핵심 부품으로, 수소와 산소가 반응, 실제 전기화학반응이 일어나 전기를 만드는 부분이며 연료전지 스택 원가의 약 40%를 차지한다. 이번 기술을 이용하면 백금 사용량을 0.1mg/cm2 수준으로 저감할 수 있으며, 이를 통해 미국 에너지성(US DOE)에서 제시한 기술적 목표를 조기 달성하는 성과를 이루었다. 고분자 연료전지는 고분자로 이뤄진 막을 전해질로 사용하는 연료전지로, 저온에서 반응이 일어나며 높은 에너지밀도와 효율을 가져 교통수단의 동력, 현지 설치형 발전 등 활용범위가 넓은 장점이 있다. 고분자 연료전지에서 전극은 슬러리 공정을 통해 백금 촉매와 나피온 이오노
헬로티 이동재 기자 | 전기차에 들어가는 이차전지는 계속해서 진화하고 있다. 테슬라가 연 전기차 시장이 폭발적으로 성장하면서, 기존에 내연기관차를 생산하던 완성차 업체들도 잇따라 전기차 사업에 뛰어들었다. 갖가지 전기차 모델이 출시되면서 소비자들의 선택지는 늘었지만, 내연기관차와 비교해 주행거리, 안전성 등 성능이 불안정해 보인다는 점은 여전히 소비자들에게 불안요소다. 상기한 전기차의 성능은 탑재되는 배터리와 직결되는 문제다. 배터리 제조업체들은 끊임없이 배터리의 성능을 개선해야 하는 숙제를 떠안았다. 글로벌 배터리 시장에서 순위권을 다투고 있는 우리 기업들도 배터리 관련 R&D(연구·개발)에 많은 돈을 투자하고 있다. 본 지면에서는 국내 배터리 3사의 지난 1분기 R&D 진행 현황을 정리했다. LG에너지솔루션 국내 3사 중 글로벌 시장에서 가장 앞서 있는 LG에너지솔루션은 전기차 배터리, 스마트폰, 전동공구 등에 들어가는 소형 전지 분야와 전력망, 주택용 등에 사용되는 ESS 분야의 연구·개발을 통해 사업의 경쟁력을 강화하고 신규 사업영역을 지속적으로 발굴하고 있다. 특히 차세대 고용량/고안전성 소재, 전지 제조 공정 고도화 등과 같은 당사의
[헬로티] 국내 연구진이 수소차에 쓰이는 연료전지인 양성자 교환막 연료전지의 전해질막 소재를 개발했다. UNIST 화학과 나명수·백승빈·김영삼 교수 공동연구팀은 수소 이온 전도성이 뛰어난 연료전지용 전해질막 소재를 개발했다. 이 소재는 일반 고분자 전해질 소재와 달리 금속과 유기물이 혼합된 금속-유기 골격체(MOF : Metal–organic framework)로 이뤄졌다. 연구팀은 전해질의 수소 이온 전도도를 높이는 원리까지 밝혀내 향후 고성능 다공성 고체 전해질을 설계하는 데 도움이 될 전망이다. 수소연료전지는 수소와 공기 중 산소를 이용해 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 장치로, 부산물로 물만 나오는 친환경 발전장치다. 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 통과(수소 이온 전도)시키는 전해질막으로 이뤄졌다. 이 전해질막의 수소 이온 전도도는 화학반응 속도에 영향을 줘 연료전지 효율을 결정한다. 연구팀은 금속과 유기물이 결합해 다공성 골격구조체를 이루는 MOF로 60℃에서 10-2 S(지멘스)/cm 이상의 수소 이온 전도도를 지닌 전해질 소재를 개발해냈다. MOF의 한 종류인 MOF-808에 아미노술폰산이온을 첨가(손님분자)해 만들었다. MOF
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