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'리튬이온 전지'통합검색 결과 입니다. (4건)

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한국화학연구원, 리튬금속전지 수명 3배 늘려…대면적 연구 조만간 착수

기존 리튬금속전지 수명을 3배이상 늘릴 수 있는 획기적인 소재가 개발됐다. 한국화학연구원은 화학소재연구본부 김도엽 박사 연구팀(논문 제1저자 : 정상윤 박사과정)이 손쉬운 방법으로 리튬복합소재를 개발했다고 5일 밝혔다. 리튬금속전지를 충전할 때 리튬이온은 양극에서 음극인 리튬금속 표면으로 이동한다. 이 때 리튬이온이 리튬금속에 나뭇가지처럼 마구잡이로 쌓이는 데(덴드라이트), 연구팀이 이 문제를 해결한 것. 리튬 덴드라이트 현상은 전해액 분해를 가속화해 전지 성능을 떨어뜨리고, 심한 경우 분리막을 뚫고 나와 양극과 접촉하는 쇼트가 발생, 전지폭발을 일으키기도 한다. 이에 따라 리튬금속을 음극재로 사용하는 리튬황전지나 리튬공지전지 등 고성능 차세대 이차전지를 개발하기 위해서는 이같은 리튬 덴드라이트 성장 억제 기술이 필수다. 연구팀은 이 문제 해결을 위해 기계적 반죽법을 도입했다. 전고체 전지의 고체전해질로 많이 쓰는 Al-LLZO(알루미늄을 도핑한 리튬란타튬지르코네이트고체전해질 복합소재)을 기계적으로 반죽해 복합소재 입자가 고루 섞이도록 한 것. 리튬 호일에 LLZO 입자를 올린 뒤 반을 접어 롤프레스로 눌러 펴준 다음, 이를 다시 반을 접어 롤프레스로 눌러주는 과정을 30회 반복했다. 이렇게 개발한 복합 소재를 리튬 금속전지의 음극으로 사용했을 때 대면적 대조군인 리튬 호일(일반 리튬 음극) 대비 전지 수명이 3배 이상 증가했다. 연구팀은 "리튬금속을 적용하면 70회 충·방전 이후 용량 감소율이 커지는 반면, 이번에 개발한 복합소재를 적용하면 250회 충·방전 후에도 급격한 용량 감소 없이 안정적으로 구동했다"며 "충·방전 속도가 일정 조건에서 20% 이상 증가한 것도 확인했다"고 설명했다. 연구팀은 셀 적용 가능성을 확인하기 위한 실험도 진행했다. 가로 3㎝, 세로 4.2㎝ 크기의 파우치 셀을 조립해 충·방전시켰을 때 50㎃h 용량이 유지됐다. 김도엽 책임연구원은 "대면적 셀 적용 가능성을 확인한 셈"이라며 ""최근 선정된 '글로벌 TOP 전략연구단' 사업과 연계해 리튬 복합소재의 고성능 및 대면적화를 위한 공정 기술 개발을 추진할 계획"이라고 말했다. 연구결과는 소재분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF : 19)(1월호) 내부 표지 논문으로 게재됐다.

2024.06.05 15:32박희범

전기차 시장 성장했지만…작년 4대 소재 시장 17% 역성장

작년 전기차 시장은 하반기 수요 둔화에도 불구하고 30% 이상의 성장세를 보였으나, LIB 소재 업체들은 역성장을 기록했다. 배터리 판가와 리튬·메탈가 하락 때문이다. 15일 SNE리서치에 따르면 2023년 전기차 판매 대수는 1천407만대로 33.5% 성장했으며, 전기차 배터리 사용량도 503GWh에서 698GWh로 38.8% 증가했다. 2021년 109%, 2022년의 57% 성장에 비해서는 수요 둔화와 고금리로 인한 경기 침체 및 '캐즘'(침투율 16% 부근에서 나타나는 일시적 수요 둔화) 현상으로 인해 큰 폭 하락하였지만, 그럼에도 불구하고 작년 30%대의 성장세를 보였다. 그러나 반면에 배터리 판가는 13%가량 떨어졌으며, 양극재를 비롯한 4대 소재 시장도 17% 가까이 떨어지며 소재 업계는 작년 하반기에 수익률이 크게 감소했다. 특히 배터리 가격 하락세에 비해서 소재 가격과 메탈·원자재 하락 폭이 더욱 두드러져 대부분의 소재 업체들이 작년 하반기 역성장을 기록하며 어려움을 겪었다. 올해 상반기까지도 재고물량 확대와 시장성장 둔화 추이 지속으로 고전이 예상된다. 전기차와 배터리 시장 성장과 더불어 동반 성장을 기대했던 소재 업체들로서는 2020년 코로나 때 이후 또 한 번 역성장하며 어려움을 겪고 있으며, 이를 회복하기 위해서 올해는 원가절감과 수익성 회복과 더불어 중국의 저가 공세에 맞서 기술력 확보도 해야하는 두마리 토끼를 모두 잡아야만 하는 과제를 안고 있다. SNE리서치는 국내 업체들은 중국에 대한 원재료 의존도를 탈피하기 위해 공급처 다변화와 자체 내재화 비율 확대, M&A와 기술 MOU를 통한 기술 격차 확보 및 신규 차세대 기술 선점 개발 등으로 제품 경쟁력으로 위기를 돌파해야 치열한 생존경쟁에서 살아남을 수 있을 것으로 관측했다. 최근 배터리 핵심 원료인 리튬·니켈 가격이 바닥을 찍고 한달 가까이 오름세를 보인 것은 소재 업체들의 실적 회복을 기대하게 한다. 한국 배터리3사의 생산설비 투자 기조도 유지될 것으로 보여 소재 업체들의 판매물량 확보에도 숨통이 트일 것으로 예상된다. SNE리서치는 오는 21일일부터 26일까지 4일간 한국과학기술회관에서 개최되는 '제7회 NGBS2024 & 제1회 NGBS 튜토리얼 2024' 세미나에서 위와 같은 전기차와 배터리 시장과 4대 소재 시장의 주요 이슈와 차세대 소재 기술 동향을 다룬다.

2024.03.15 15:22류은주

글로벌 R&D 범부처 컨트롤타워 출범

정부가 국가 R&D 체제개편 차원에서 강력하게 드라이브 걸어온 글로벌 R&D의 범부처 컨트롤타워가 가동에 들어갔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 '과기정통부')는 국가과학기술자문회의 산하에 글로벌 R&D 특별위원회(이하 '글로벌 특위')를 신설하고, 27일 제1차 회의를 개최했다. '글로벌 특위'는 ▲글로벌 R&D 정책·사업의 종합·조정 ▲글로벌 R&D 전략 고도화 ▲체계적인 사업 운영·관리 등에 대한 범부처 컨트롤타워로서의 역할을 수행한다. '글로벌 특위' 위원장은 과학기술혁신본부장이 맡았다. 국제공동연구 활성화 및 전략적인 투자·협력을 위해 과기정통부, 기재부, 외교부, 산업부, 복지부 등 관련 주요부처 실장급 6명이 정부위원으로 참여했다. 이와 함께 산·학·연 전문가 16명이 민간위원으로 참여했다. 민간위원 절반이 학계…연구 전문가 5명 참여 학계에서는 △주경선 미 코네티컷주립대 교수(고에너지 핵물리학) △조규진 서울대 교수(로봇공학) △이종일 한국뉴욕주립대 교수(국제 정책) △엄지용 KAIST 교수(탄소중립) △전석우 고려대 교수(나노·소재응용 및 연구행정) △남좌민 서울대 교수(나노과학) △민상기 미 위스콘신대 교수(국제협력) △차미영 KAIST 교수(빅데이터 및 AI) 등 8명이다. 연구계에서 △유정하 독 막스플랑크연구소 책임연구원(핵융합) △김유수 일 이화학연구소 주임연구원(화학공학)은 △손지원 한국과학기술연구원 기술정책연구소장(재료공학 및 국제협력) △이승구 한국생명공학연구원 합성생물학연구소장(합성생물학 및 국제협력) △박호식 한국화학연구원 연구전략본부장(소재 및 탄소) 등 5명이다. 산업계에서는 △최치호 한국과학기술지주(주) 대표(기술사업화) △이홍락 LG AI연구원 최고AI과학자(AI) △황윤일 CJ제일제당 CJ 아메리카 대표 및 R&D 대외협력 총괄(R&D 전략 및 협력) 등 3명이다. 이번 1차 회의에서는 2건의 심의(글로벌 R&D 특별위원회 운영방안 및 운영세칙(안), 글로벌 R&D 전략지도(안) - 이차전지, 수소공급, 무탄소신전원, CCUS 분야)와 2건의 보고(글로벌 R&D 추진전략 및 이행계획, 국가연구개발사업 국제공동연구 매뉴얼(안))가 진행됐다. 이차전지 분야 글로벌 기술수준 세계 정상급 특히, 이날 세 번 째로 보고된 글로벌 R&D 전략지도에 따르면 우리나라 기술 수준이 이차전지 분야에서는 리튬이온 전지 및 핵심소재와 이차전지 모듈·시스템이 각각 세계 1위, 차세대 이차전지 소재·셀 4위, 이차전지 재사용·재활용 2위인 것으로 파악됐다. 수소 공급 분야는 수소 생산 4위, 수소 저장·운송 5위, 해외 수소 저장·운송 9위 등으로 나타났다. 무탄소 신전원 분야에서는 발전용 수소 연료전지 3위, 수소 혼소·전소 3위, 암모니아 혼소 5위로 조사됐다. 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 분야에서는 탄소 포집 6위, 탄소 저장 22위, 탄소 활용 8위였다. 류광준 과학기술혁신본부장은 “최근 국가 간 기술협력이 중요해지고 이에 따라 정부 예산도 대폭 확대한 만큼 글로벌 R&D의 활성화와 체계적인 전략 수립이 필요한 중요한 시기”라며 “세계를 선도하는 과학기술 강국으로 도약하는 계기가 될 것”으로 기대했다.

2024.02.28 01:04박희범

에너지연, 세계 최고 효율 차세대 태양전지 개발

국내 연구진이 반투명 페로브스카이트 태양전지로 세계 최고 효율을 달성했다. 한국에너지기술연구원(이하 '에너지연') 태양광연구단(연구책임자 안세진 박사)은 건물 창문이나 탠덤 태양전지에 적용할 수 있는 반투명 페로브스카이트 태양전지의 안정성과 효율을 크게 개선하는데 성공했다고 21일 밝혔다. 이 태양전지 효율은 세계 최고 수준인 21.68%를 기록했다. 240시간 이상의 작동에도 초기 효율 대비 99% 이상의 효율을 유지 한다는 것이 연구진의 설명이다. 탠덤 태양전지는 실리콘 태양전지에 산화광물의 일종인 페로브스카이트를 결합한 복합전지다. 수분이나 열에 강한 장점이 있다. 안세진 박사는 “한화큐셀이 탠덤 전지를 오는 2026년까지 상용화할 계획으로 알고 있다”며 “지금은 축구의 전반전에 해당하지만, 우리도 그 때까지는 어느 정도 기술 개발이 마무리될 것으로 예상한다”고 말했다. 연구진은 반투명 페로브스카이트 태양전지 제작에서 발생하는 전하 이동성과 안정성 저하의 원인을 규명하기 위해 전기광학적 분석과 원자단위 계산과학을 활용했다. 연구진은 태양전지에 빛을 비출 때 고에너지 입자가 발생해 전하의 일종인 정공의 수송층 효율을 떨어뜨리는 문제를 해결하고, 원리도 규명했다. 특히, 전기 전도도 향상을 위해 전지에 첨가하는 리튬이온이 리튬산화물(LixOy)로 변환되면서 되레 이 산화물이 리튬이온 확산을 차단시켜 소자 안정성을 높이는 것을 확인했다. 연구진은 이를 통해 투명전극을 사용하는 페로브스카이트 태양전지 중 세계 최고 효율인 21.68%를 달성했다. 또 400시간의 장기 보관 조건과 240시간 이상의 작동 환경에서도 모두 초기 효율 대비 99% 이상의 효율을 유지하는 것도 확인했다. 또 이 기술을 이용해 후면의 빛도 활용하는 양면수광형 탠덤 태양전지를 국내 최초로 제작했다. 이 전지 제작에는 주성엔지니어링과 독일 율리히 연구소도 일부 지원했다. 안세진 박사는 “양면수광형 전지에서는 전지 후면에서 들어오는 빛이 표준 태양광의 20%인 조건에서 4단자형 31.5%, 2단자형 26.4%의 높은 기대효율을 달성했다”고 설명했다. 안 박사는 이어 “이번에 개발된 전지의 활용성이 크게 확대될 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 이 연구결과는 에너지·재료분야 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials / IF 27.8) 표지논문(Outside Front Cover)으로 게재됐다.

2024.02.21 15:58박희범