“한번 충전 500㎞ 주행”…전기차 배터리 소재 개발

에너지기술硏, 산화규소 나노분말 제조

2018-03-12     조성구 기자

리튬이온전지 효율↑제조가격은 낮춰 
기업에 기술이전…내년 1월부터 상용화

[한국에너지신문] 한국에너지기술연구원(원장 곽병성)의 연구진이 리튬이온전지의 제조가격을 낮추고 효율을 극대화하는 기술을 개발했다.

분리변환소재연구실 장보윤 박사팀은 나노기술을 기반으로 리튬이온전지 음극 소재인 산화규소(SiOx) 나노분말 제조기술을 개발하는 데 성공하고 이 기술을 지난해 국내 중소기업에 이전했다.

이 기술을 이용해 제조된 산화규소 나노분말은 리튬과 반응성이 높다. 이를 리튬이온전지에 적용하면 현재 주로 사용되는 흑연 음극재에 비해 에너지 용량을 4배가량 높일 수 있다. 전기차에 적용하면 1회 충전 시 주행거리는 500㎞ 이상으로 늘어날 수 있다.

일반적으로 규소는 상압(常壓) 조건에서 산화 반응을 제어하기 어려워 진공 상태에서 합성하는 것이 일반적이다. 특수설비를 이용하기 때문에 제조비가 많이 들어간다.

이에 비해, 에너지기술연구원이 개발한 제조 기술은 합성반응영역을 진공 상태와 흡사하게 만들어 상압 조건에서도 합성할 수 있게 설계했다. 제조 시 ㎏당 2~3달러 정도의 저가 규소를 원료로 사용하고 금속 분야에 일반적으로 사용되는 유도용융장치를 사용한다.

또 반응 시에 사용한 가스를 순환시켜 재활용하고 일정하게 공급할 수 있도록 설계해 100시간 이상의 연속공정으로 설계할 수 있다. 기존 공정 소요시간은 8∼10시간이 걸려 양산에 한계가 있었다.

현재 유일하게 상용화된 산화규소 제조기술은 일본이 보유하고 있다. 시뮬레이션 결과 이번에 에너지기술연구원 기술을 이용한 제품의 생산단가는 일본 제품에 비해 30~50%나 절감할 수 있는 것으로 나타났다.

우리나라는 일본, 중국과 함께 전 세계 리튬이온전지 시장에서 높은 점유율을 차지하고 있다. 하지만 핵심소재 중 양극재, 전해질 관련 기술에 비해 음극재 기술은 해외에 의존하고 있어 국산화는 다소 미흡하다.

에너지기술연구원은 기술을 이전받은 업체와 함께 생산과 판매를 위한 연구개발을 진행하고 2019년 1월부터 제품을 양산한다. 이 제품은 테슬라를 비롯한 세계 각국의 리튬이온전지 생산업체와 전기차 업체 등에 공급한다.

장보윤 박사는 “저가 고품질 산화규소 나노 분말이 전기차 배터리 음극재로 적용되면 배터리 가격이 획기적으로 낮아져, 내연기관자동차를 대체하는 계기가 마련될 것”이라고 밝혔다.