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손 잡은 LG엔솔-도요타, 북미 전기차 시장서 '윈-윈'

LG에너지솔루션과 세계 완성차 1위 기업 도요타 간 전기차 배터리 공급 계약은 양사 모두에게 윈-윈(Win-Win) 전략이 될 것이란 평가가 지배적이다. LG에너지솔루션은 이번 계약으로 명실공히 스텔란티스, GM, 현대자동차, 혼다 등 세계 5대 자동차 그룹에 전기차 배터리를 공급하는 기업으로 올라서게 됐다. 국내 기업 역사상 북미에서 8곳의 배터리 공장을 모두 가동하는 공급망도 구축하게 됐다. 지난 30여년간 리튬이온 배터리 분야에서 쌓아온 경험을 바탕으로 혁신적인 전력 솔루션을 공급하는 배터리 기업이라는 위상을 미국과 일본 자동차 기업으로부터 인정받은 셈이다. 권영수 LG에너지솔루션 부회장이 “이번 계약은 북미 지역의 생산 역량을 강화할 수 있는 또다른 큰 기회”라고 평가한 것도 이같은 맥락에서다. LG에너지솔루션은 이번 공급 계약에 따라 기존 미국 미시간주 홀랜드시 공장에 4조원을 신규 투자해 도요타 전용 배터리 공급라인을 증설한다는 계획이다. 연간 20GWh 규모이며 공급기간은 2025년부터 2035년까지다. 도요타의 전동화 전략 계획과 딱 맞아떨어진다. 자금 확보를 위해 유상증자도 준비 중이다. LG에너지솔루션은 최근 9억7천만달러(약 1조3천107억원·보통주 1펀202주) 규모의 주주배정 유상증자를 한다고 공시한 바 있다. 나머지 자금은 회사의 유동성 자산을 통해 충당한다는 방침이다. LG에너지솔루션은 도요타에 하이니켈 NCMA 파우치셀이 탑재된 모듈을 공급한다. 전기차 가격 하향이 대세가 됐지만 LFP(리튬·인산·철)가 아닌 고가형 배터리를 공급한다는 것은 LG에너지솔루션의 기술력이 한 층 올라왔다는 평가다. 일본의 전통적인 배터리 기업 파나소닉을 제치고 도요타와 손을 잡았다는 점도 고무적이다. LG에너지솔루션은 혼다와 JV를 설립한 데 이어 일본의 양대 자동차 기업과 동맹 관계를 완성했다. ■도요타, 전동화 전략에 속도...2030년까지 30종 출시, 연간 350만대 생산 목표 도요타 입장에서는 이번 LG에너지솔루션과의 협력을 통해 전동화 비전에 한층 속도를 내면서 안정적인 배터리 공급망을 확보할 수 있게 됐다. 또한 그동안 세계 1위 완성차 기업이라는 위상에 걸맞지 않게 전동화 시장 진입에 늦었다는 시장의 우려도 어느 정도 불식시킬 수 있을 것으로 보인다. 도요타는 2030년까지 전기차 30종을 출시하고 연간 최대 350만대 전기차 생산을 목표로 하고 있다. 도요타는 지난해 달성했던 총 1천만대 생산량을 전기차로 전환하기 위해 배터리 공급량 확보를 최우선시한 것으로 풀이된다. 도요타는 오는 2025년부터 미국 켄터키 공장에서 생산되는 신형 전기차 모델을 포함해 향후 북미 시장 모델에 LG에너지솔션이 공급하는 배터리를 탑재할 예정이다. 도요타 켄터키 공장의 연간 생산 능력은 55만대다. 도요타 북미 내 공장은 4곳으로 연간 생산량은 134만8천대다. 이미 전기차를 생산하고 판매하는 중국 183만9천722대와 합치면 도요타가 제시한 목표 생산량과 근접해진다. 도요타는 현재 미국에 렉서스 RZ450e, 도요타 bZ4X를 판매하고 있다. 중국 현지 모델 bZ3X를 포함하면 앞으로 약 27종의 모델이 남았다. 도요타가 생산량은 입증된 만큼 전기차 생산을 위한 배터리 공급망은 향후 더욱 확대될 것으로 분석된다. 도요타는 이미 파나소닉과 합작 회사인 프라임플래닛에너지앤솔루션즈로 배터리 생산을 하고 있다. 하지만 앞으로 350만대 생산량을 달성하려면 추가적인 공급이 필수적이다. 실제로 도요타는 닝더스다이(CATL)의 배터리를 bZ4X에 사용하기도 했다. bZ3X에는 비야디(BYD)와 공동개발한 배터리를 탑재했다. 이번 계약으로 도요타가 멀티패스웨이(다양한 선택지) 전략을 강화할 것으로 보인다. 2030년까지 앞으로 약 6년밖에 남지 않았고 코로나19, 우크라이나-러시아 전쟁 등 외부 요인으로 생산량 부진을 겪었던 것을 미리 예방하는 조치일 가능성도 높다. 특히 도요타는 배터리 합작법인을 세우는 것과 함께 기술협력이나 공급계약을 체결하는 등 투-트랙으로 안정성을 추구하는 전략을 취하고 있다.

2023.10.05 15:13이한얼

극히 드문 희귀원소 찾는 이유…"우주 기원 실마리 될 수 있어"

"우주를 이루는 물질이 어떻게 생겨났는지 알아 내면 우주의 기원에 대한 이해에 한걸음 더 다가설 수 있습니다." 한인식 기초과학연구원(IBS) 희귀핵연구단(CENS) 단장이 지구에 없는 희귀 원자핵을 찾는 연구를 하는 근본적 이유다. 중이온가속기 등의 장비를 활용해 드물게 나타났다 사라지는 희귀동위원소를 연구, 우주 생성 초기에 원소가 어떻게 생겨났는지 수수께끼를 밝히는 것이 목표다. 한인식 단장은 14일 IBS와 한국과학기자협회 주최로 서울역에서 열린 과학미디어아카데미에서 "희귀핵연구단은 산소 동위원소 중 하나인 산소-28을 처음 발견해 성질을 밝혀 '네이처'에 게재하고, 양성자 없이 중성자로만 이뤄진 테트라 중성자를 발견하는 등 주목할만한 성과를 내고 있다"라고 말했다. 물질은 양성자와 중성자로 이뤄진 원자핵 주변을 전자가 도는 구조인데, 희귀동위원소는 일반 원소와 양성자 수는 같지만 중성자 수는 다른 원소를 말한다. 일반 원소와 화학적 성질은 비슷하지만 질량은 다르며, 상태가 불안정해 안정한 상태로 변형되려는 경향이 크다. 현재 발견된 핵종 중 안정적 성질을 가진 것은 300 종 정도에 불과하고, 3천 종 정도는 불안정한 성질을 갖는다. 우주에 있으리라 예상되지만 너무 빨리 사라지는 등의 이유로 아직 찾지 못한 핵종도 7천 종에 이를 것으로 학계는 보고 있다. ■ 희귀핵 연구로 우주 비밀에 더 가까이 희귀핵연구단은 최근 산소-28이 통설과는 달리 안정성이 매우 떨어진다는 사실을 밝혀 학계의 주목을 받았다. 통상 산소는 양성자 8개, 중성자 8개를 가진 산소-16 형태로 존재한다. 물리적으로 원자핵에 더해질 수 있는 중성자 수에는 한계가 있는데, 이를 '드립라인(존재한계선)'이라 하며 산소는 양성자 8개와 중성자 16개로 이뤄진 산소-24가 관측으로 확인된 드립라인이었다. 한편, 양성자와 중성자 수가 2나 8, 20, 126 등 특정한 몇몇 수에 해당할 경우 원소가 안정적 성질을 지니기 때문에 이를 '마법수'라고 한다. 산소-28은 8과 20의 두 마법수가 합쳐진 이중마법 핵이라, 아직 관측은 안 되었지만 안정적으로 존재하리란 예측이 있었다. 물질의 존재 조건을 찾는 노력인 셈이다. 하지만 희귀핵연구단이 일본 이화학연구소의 중이온가속기로 실험한 결과, 산소-28은 극히 빠르게 사라지는 불안정성을 보였다. 연구진은 동위원소 붕괴 후 남은 산소-24와 4개의 중성자로만 산소-28의 존재를 확인할 수 있었다. 또 연구단은 양성자 없이 중성자 4개로만 이뤄진 핵인 '테트라 중성자'를 발견, 학술지 '피지컬 리뷰 레터'에 공개했다. 양성자 하나가 원자핵을 이뤄 원소기호 1번을 차지하는 수소를 앞서는 원소기호 0번 물질이 있을 수 있다는 의미다. 다만, 테트라 중성자는 3.8x10의 -22제곱초라는 극히 짧은 시간 동안만 존재했다. 이 연구 역시 이화학연구소의 중이온가속기를 활용했다. ■ 이제 우리 중이온가속기로 희귀핵 연구 희귀핵연구단의 연구는 이처럼 희귀동위원소를 만드는 중이온가속기와 떼 놓을 수 없다. 현재 IBS 중이온가속기연구소가 대전에 한국형 초전도 중이온가속기 '라온'을 구축 중이다. 저에너지 구간은 지난 5월 시운전을 마쳤고, 고에너지 구간은 추가 연구개발을 진행할 계획이다. 라온의 빔 시운전 결과는 17-22일 대전에서 열리는 '17회 우주 속의 원자핵 국제 심포지엄(NIC)의 주요 의제 중 하나이기도 하다. NIC는 핵천체물리 분야 최대 규모 국제학회로, 세계 20개국 200여 명의 과학자들이 참여한다. 라온 시운전 결과를 비롯해 핵물리학 실험 및 이론, 천체물리학 시뮬레이션, 천문학 관측 결과 등 최신 연구 성과를 공유한다. 한 단장은 "NIC는 우리나라 핵천체물리학의 높아진 위상을 세계에 보여주고, 국내외 연구자들과 연구 교류 및 협력 네트워크를 구축하는 중요한 자리가 될 것"이라고 말했다. 다만 라온은 시운전 이후 추가적 과학 실험은 하지 못 하고 있는 상태다. 한 단장은 "현재 장비 유지보수와 전기료 문제 등으로 추가 연구 프로젝트는 없는 상황"이라며 "대형 연구 프로젝트의 연속성을 유지하고 젊은 연구자를 붙들기 위한 일관된 정책이 필요하다"라고 말했다.

2023.09.14 17:20한세희

SK온, 新고체전해질 개발 성공…전고체 배터리 상용 기대

SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체전해질 공동개발에 성공했다고 31일 발표했다. 리튬이온전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도다. 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다. 이번 개발로 전고체배터리 경쟁력이 한층 높아질 것으로 기대된다. SK온은 이날 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구결과가 세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 (Advanced Functional Materials (IF 19.9)' 표지논문에 게재됐다고 밝혔다. SK온과 단국대 공동 연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다. 이 고체전해질은 리튬이온전도도를 크게 높이고, 대기 안정성까지 확보했다. SK온-단국대 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 Li-La-Zr-O(리튬-란타넘-지르코늄-산소žLLZO)의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선(1.7 mS/cmž 센티미터당 밀리지멘스)해 세계 최고 수준으로 높였다. 또 리튬이온전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는데 SK온-단국대 연구팀은 이를 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다. 고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다. 산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만, 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적고 리튬 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다. 배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3V이지만, 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우, 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다. 이 고체전해질은 현재 NCM 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에도 차세대배터리로 꼽히는 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다. 최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 ”이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것”이라며 “SK온은 압도적인 미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다”라고 밝혔다.

2023.08.31 10:17이한얼

수소차 연료전지 백금 촉매, 1천분의 1로 싸진다

수소 연료전지에 쓰이는 백금 촉매에 비해 가격이 1천분의 1에 불과한 대체 소재가 나왔다. KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 포스텍 화학공학과 한정우 교수 연구팀과 공동연구를 통해 백금을 대체할 비귀금속 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 수소차에 쓰이는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)는 전극 촉매로 많은 양의 백금 촉매를 사용한다. 특히 연료전지 공기극에서의 전기화학 반응은 속도가 매우 느려, 이를 높이기 위해 전극에 다량의 백금 촉매가 필요하다. 공동연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 '단일 원자 철-질소-탄소-인 소재'를 개발하고, 활성 메커니즘을 규명했다고 밝혔다. 이 촉매는 상용 제품에 쓰이는 PEMFC 뿐 아니라, 차세대 연료전지인 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에도 적용 가능하다. 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고, 그 주변에 질소와 인이 결합된 구조다. 조은애 교수는 "기존 단일원자 철-질소-탄소 촉매의 활성부에 인을 첨가해 한계를 극복하고 성능 향상에 성공했다"라며 "연료전지는 복잡한 반응 장치라서 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하기는 어려운 경우가 많은데, 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해 모두 성능을 높이는데 성공했다"라고 말했다. 이 연구는 한국에너지기술평가원이 추진하는 에너지인력양성사업과 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 이뤄졌으며, 학술지 '에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)'에 최근 게재됐다. 논문 제목은 Transformation of the Active Moiety in Phosphorus-Doped Fe-N-C for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction 이다.

2023.08.22 08:17한세희

인산철 배터리 고속 방전하면 성능 떨어지는 원인 찾았다

전기차가 고속주행 하거나 노트북PC에서 고사양 게임을 돌릴 때와 같이 에너지를 단시간에 빠르게 출력할 때 저항과 에너지 손실이 커지는 것이 리튬이온 배터리의 약점 중 하나다. 3일 서울대에 따르면 이 학교 화학과 임종우 교수와 MIT 공동 연구진이 충방전 중 인산철 배터리 내외부 리튬 분포를 실시간으로 관측했다. 이를 바탕으로 충방전 속도에 따라 바뀌는 리튬 이온 경로가 고속 방전 중 출력 저하의 원인임도 밝혔다. 인산철 배터리처럼 전극 내에서 상이 분리되는 상 분리 전극을 쓰는 경우 고속 방전 중 성능 저하가 더욱 심하다. 하지만 전극 내 리튬 이온 분포가 불균일하고 전극 입자 크기가 머리카락의 100분의 1 수준이라 원인이 되는 리튬이온의 분포와 움직임을 파악하기 어렵다. 연구진은 방사광 가속기 기반 실시간 X선 현미경을 활용, 1um 이하 크기의 인산철 배터리 입자 표면 및 내부에서 충방전 중 시시각각 변화하는 리튬이온의 분포와 입자 내 전류밀도를 나노미터 단위로 관측했다. 이를 통해 충·방전 속도에 따라 전극 입자의 표면과 내부에서 리튬이 이동하는 경로가 완전히 바뀐다는 사실을 밝혔다. 특히 방전 속도가 높아짐에 따라 입자의 표면에 리튬이 많은 상(phase)이 더욱 많이 형성되는데, 이것이 리튬 이온을 전달할 때 더 높은 저항을 만들어 내고 고속 방전에서 출력을 저하시키는 원인임을 규명했다. 표면상 형성에 대한 연구를 통해 이를 정확히 제어할 수 있게 되면 전극의 고속 충방전 성을 개선, 출력이 대폭 향상된 인산철 전지를 만들 수 있을 것으로 연구진은 기대했다. 이 연구는 학술지 '에너지 & 인바이런먼탈 사이언스(Energy & Environmental Science)'에 최근 온라인 게재됐으며, 8월호 저널의 표지로 선정되어 출판 예정이다.

2023.08.03 13:17한세희

차세대 수계아연전지 위한 후막 양극 개발···상용화 한걸음 더

차세대 이차전지의 하나로 주목받는 수계아연전지의 용량 문제를 개선할 기술을 개발했다. 한국생산기술연구원(원장 이상목)은 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀과 공동으로 수계아연이온전지 후막 양극 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 수계아연이온전지는 물 기반의 전해질을 써서 불이 날 위험이 없고 안정성이 높아 리튬이온전지의 대안으로 주목받고 있다. 하지만 후막 양극을 제작하면 용량이 크게 저하되는 문제로 상용화가 어려웠다. 후막 양극은 전자들의 이동 통로 역할을 하는 집전체 위에 전기 에너지를 만들어내는 활물질이 두껍게 코팅된 전극으로, 이차전지의 에너지 밀도 향상에 꼭 필요하다. 30㎛ 두께의 양극 4장을 120㎛ 두께의 후막 양극 1장으로 교체하면 전지 두께는 30% 이상 얇아지고 에너지 밀도는 높아진다. 생기원 청정웰빙연구그룹 김찬훈 박사 연구팀과 DGIST 에너지공학과 이용민 교수 연구팀은 상용화된 리튬이온전지의 양극용 바인더에 친수성을 부여해 수계아연이온전지의 용량 저하 문제를 해결했다. 리튬이온전지는 양극 활물질과 도전재를 집전체에 접착시키기 위한 바인더로 폴리비닐리덴 플로라이드(PVdF)를 사용하는데, 불소계 고분자인 PVdF가 물 분자와 잘 결합하지 않는 소수성을 띠고 있어 완성된 양극이 수계전해질에 젖는 것을 방해한다. 바인더는 활물질과 도전재가 집전체에 잘 붙도록 넣어주는 접착 물질이고, 도전재는 양·음극 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진시키는 물질이다. 양극이 두꺼울수록 굴곡률이 높아져 수계전해질이 전극 내부로 스며들기 어렵고, 전해질이 침투되지 못한 양극은 아연 이온 공급이 원활치 않아 수계이온전지 용량 구현에 한계가 따랐다. 공동 연구팀은 간단한 설폰화 반응만으로 기존 리튬이온전지 바인더를 친수성 있는 설폰화 PVdF(S-PVdF)로 개질했다. 설폰화반응은 연료전지용 고분자 전해질 막의 친수성을 높이기 위한 치환반응이다. 설폰화반응을 통해 개질된 S-PVdF 바인더는 분자 내에 풍부한 설포네이트 작용기를 포함하고 있어 기존 PVdF에 비해 수계전해질의 젖음성이 향상되고 이온전도도 또한 10배 가량 높았다. 설포네이트 작용기가 S-PVdF 바인더의 극성을 향상시켜 양극 활물질의 전극 내 분산성을 높이기 때문이다. 이를 통해 전극 내 활물질·바인더·도전재가 불균일하게 분포하고 결착력이 낮다는 문제를 개선, 높은 에너지 밀도를 갖는 후막 양극 제조의 난제를 해결했다. 생기원 김찬훈 박사 연구팀이 개발된 S-PVdF 바인더를 활용해 양극 활물질 기준 6㎎/㎠의 후막 전극을 제작해 DGIST 이용민 교수 연구팀이 물리화학적 특성을 분석한 결과, 기존 PVdF 바인더보다 초기 가역 용량이 20% 이상 증가한 것으로 나타났다. 또 PVdF를 사용한 양극과 비교해 3천 사이클 동안에도 지속적으로 높은 가역 용량을 나타냈고, 양극 용출을 효과적으로 억제해 고온에서도 2배 이상 높은 용량 유지율을 보였다. 김찬훈 박사는 "수계아연이온전지 상용화에 필수적인 후막 양극 제작의 새로운 방향성을 제시한 연구"라며 "에너지 밀도를 더욱 높이는 기술 개발에 주력해 ESS용 수계아연이온전지 조기 상용화에 주력할 계획"이라고 밝혔다. 이 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업, 국가과학기술연구회의 선행융합연구사업 지원으로 수행됐으며, 학술지 '나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters) 온라인 판에 최근 게재됐다. 논문 제목은 Enhancing Hydrophilicity of Thick Electrodes for High Energy Density Aqueous Batteries이다.

2023.07.25 10:49한세희

'K배터리' 뜨자 'K분리막'도 승승장구…2030 유럽·북미 생산 비중 75%

국내 배터리 기업들이 글로벌 시장을 주도하는 가운데 이차전지 분리막 기업도 세계 수위권으로 도약할 전망이다. 특히 미국과 유럽의 보호무역주의가 국내 분리막 기업에게도 큰 호재로 작용한다는 분석이다. 17일 SNE리서치에 따르면 오는 2030년 북미와 유럽 내 국내 분리막 업체의 생산능력 비중이 75% 이상을 차지할 전망이다. 특히 더블유씨피와 SKIET가 시장을 대부분 장악할 것으로 보인다. 세부적으로 살펴보면 SKIET가 연간 38억㎡로 33%, 더블유씨피가 연간 약 34억㎡로 29%를 차지할 것으로 보인다. 이어 LG화학은 15억㎡의 생산능력을 갖춰 13%의 비중을 가져갈 것으로 예측된다. LG화학은 앞서 지난해 일본 도레이와 유럽 내 합작법인 설립을 발표한 바 있다. 반면 IRA로 인해 북미 진출이 불가능한 중국 분리막 업체들은 생산능력을 모두 합쳐도 11억㎡로 10% 미만의 생산 비중에 불과하다는 예상이다. 오는 2030년 북미 분리막 시장은 약 7조원에 달할 전망이다. 전기차에 사용하는 분리막은 양극재, 음극재, 전해질과 함께 리튬이온배터리를 구성하는 핵심 소재다. 통상 분리막은 양극과 음극 사이에 흐르는 리튬이온을 흐르도록 하는 역할을 한다. 현재 국내 대표 분리막 기업으로는 LG화학, SK아이이테크놀러지(SKIET), 더블유씨피가 있다. 분리막의 경우 화재 안정성 등 고난도의 기술력을 필요로 하기 때문에 단기간에 산업을 키우기 어렵다. 이 때문에 국내 분리막 기업의 대항마로 꼽히는 기업은 일본의 도레이, 아사히카세이 등 경쟁 기업 자체가 소수다. 중국의 기업도 소수 존재하지만 이들은 제한된 내수 시장에만 머물러 있어 국내 기업의 적수가 되지 못 한다는 평가다. 최근 이차전지 소재 기업으로 재부활을 선언한 LG화학의 경우 양극재 공장 설립을 위해 확보한 미국 테네시주 클락스빌 부지에 분리막 생산공장 설립을 검토 중이다. 특히 도레이와도 손을 맞잡으며 양사간 시너지 효과를 노리고 있다. 유럽에 거점을 둔 SKIET와 더블유씨피 역시 현재 미주 공장 설립을 발 빠르게 타진 중이다. 3사는 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 발효로 분리막 셀을 미주 현지에서 공급해야 하기 때문이다. 더구나 리튬이온배터리에 사용하는 습식 분리막 공장은 미주에 전무하다. IRA외에도 유럽의 핵심원자재법(CRMA)은 역외 기업에게 차별적 조항이 없어 국내 분리막 기업들에게 큰 호재다. 국내 분리막 1위 기업인 SKIET는 폴란드에서 3억4천만㎡수준의 생산캐파를 확보하고 있다.

2023.07.17 15:41이한얼

뉴빌리티, 도심지 화물배송 플랫폼 개발 나서

자율주행 로봇기업 뉴빌리티가 도심지 대상 로봇플랫폼 개발에 나선다. 뉴빌리티는 산업통상자원부가 추진하는 약 270억원 규모 '2023년도 드론-로봇 연계 도심지 고중량 화물 멀티 모달 배송기술 개발사업' 공동연구개발기관에 선정됐다고 3일 밝혔다. 뉴빌리티는 주관연구개발기관 가이온과 함께 도심지 고중량 화물배송을 위한 로봇플랫폼을 개발한다. 이를 위해 앞으로 4년간 연구개발비용 약 50억원을 지원받는다. 이번 사업은 배송업무 자동화가 가능한 도심지에서 드론·로봇을 활용한 비대면 멀티 모달 라스트 마일 배송 기술 개발과 수요처 현장 실증을 위한 연구·개발 등을 진행한다. 적재중량 40kg 이상 화물의 비대면 배송운용 체계를 구축하고, 라스트 마일 배송 상용화를 앞당긴다는 목표다. 뉴빌리티는 서울·송도 등 밀도 높은 빌딩 환경에서의 주행 경험을 살려 도심 내 다양한 배달 서비스 시나리오를 구축하고, 특화된 자율주행 기술 경쟁력을 공고히 할 계획이다. 이상민 뉴빌리티 대표는 "로봇을 활용한 도심지 배달사업 공동연구개발기관 선정은 독보적인 서비스 노하우와 기술 경쟁력을 인정받았다는 의미"라며 "그간 뉴빌리티가 축적해 온 배달로봇 연구개발 역량과 경험을 바탕으로 국가 차원 관련 인프라 구축과 상용화가 이뤄질 수 있도록 연구·개발에 최선을 다할 것"이라고 밝혔다.

2023.07.03 09:22신영빈

"한국 반도체 기술, 양자 컴퓨터 미래에 기여할 수 있어"

"한국이 가진 반도체 기술을 활용하면 양자 컴퓨터의 미래를 이끌어 갈 수도 있을 것입니다." 서울 동대문디자인플라자(DDP)에서 진행 중인 퀀텀 코리아 2023 행사에 참석한 양자 분야 국내외 석학 연구자들은 27일 기자간담회에서 한국의 반도체 역량을 높이 평가하며, "한국이 양자 컴퓨터 분야 진입은 늦었지만, 아직 이 분야가 초기인만큼 큰 목표를 가지고 도전할 가치가 있다"라고 입을 모았다. 이날 기자간담회에는 양자 암호와 양자 전송을 처음 제시한 찰스 베넷 IBM 연구위원, 구글과 협력해 양자 컴퓨터의 성능이 고전 컴퓨터를 뛰어넘는 '양자우월성'이 가능함을 보인 존 마르티니스 미국 캘리포니아주립 샌타바버라대 교수, 이온 포획 방식 양자 컴퓨팅 기술을 개발하는 아이온Q의 최고기술책임자(CTO)를 겸하고 있는 김정상 듀크대 물리학과 교수, 김명식 영국 임페리얼칼리지 교수 등이 참석했다. 김정상 교수는 "반도체 제조 공정은 이미 잘 발달되어 있고, 이같은 공정 기술은 양자 컴퓨터 제조에도 활용할 수 있다"라며 "반도체 노하우를 활용해 차세대 양자 컴퓨터를 만드는 기술을 개발하면 양자 컴퓨터의 미래를 이끌 수도 있을 것"이라고 말했다. 그는 "이온 포획 방식 양자 컴퓨터의 이온 덫 구조 제조엔 반도체 공정을 많이 활용하며, 광집적회로로 이온을 조정하는 기술도 개발할 수 있다"라고 말했다. 베넷 연구위원 역시 "반도체 기술은 실리콘과 전자의 움직임에 대한 것이기도 하지만, 평면 위에서 아주 작은 물질을 다루는 것이기도 하다"라며 "초전도나 이온 덫 등의 제조에도 이같은 팹 기술은 매우 중요하다"라고 말했다. 마르티니스 교수는 "앞으로 양자컴퓨터가 커지고 이에 필요한 제어 시스템도 복잡해진다"라며 "한국은 이 분야에 강점이 있어 기여할 여지가 많다고 생각한다"라고 말했다. 이날 과학기술정보통신부가 발표한 '대한민국 양자과학기술 전략'에 대해선 "인력 양성에 신경 쓰는 점이 인상적"이라며 "보다 도전적 연구를 장려할 필요가 있다"라고 평가했다. 김정상 교수는 "양자 전략에서 우수 인력 양성과 첨단 연구를 위한 국제 협력 등이 눈에 띄었다"라며 "지금 보이지 않는 기회들을 포착해 양자 컴퓨터 기술을 도약시킬 진취적 연구에 대한 지원이 필요하다"라고 말했다. 김명식 교수는 "한국이 반도체를 처음부터 잘 한 것이 아니라 뒤늦게 집중 공략해 오늘의 위치에 오른 것이며, 이런 기회가 또 올 수도 있다"라며 "우리가 잘 할 수 있는 분야, 좋은 결과 얻고 의미있는 연구 할 수 있는 분야를 따져보아야 할 것"이이라고 말했다. 그는 "세계 양자 기업들이 아직 다 성인이 되지 않은 상태라 비유할 수 있다"라며 "유치원에서 3살 차이는 크지만 성인이 된 후 3살 차이는 큰 의미가 없는 것처럼 지금의 격차보다 앞으로 어떻게 될 지가 더 중요하다"라고 말했다.

2023.06.28 00:47한세희

초저가 IoT 유연 컴퓨터, 우주 탄생 비밀···기초연구 기반 닦는 선도연구센터

경기도 수원 성균관대 자연과학캠퍼스에 자리잡은 '공학분야 선도연구센터(ERC) R2R 인쇄 유연컴퓨터개발 연구센터'. 22일 찾은 이 곳에선 유연한 필름 소재에 회로를 인쇄해 4비트 컴퓨터 프로세서를 만드는 기술 개발이 한창이었다. 조규진 센터장은 "사물인터넷(IoT)이나 에지 컴퓨팅을 구현하려면 초저가 프로세서를 하루에 수 억 개씩 제조해야 하는데, 기존 실리콘 반도체 공정으로는 비용과 환경, 탄소 중립 문제를 해결할 수 없다"라며 "유연 인쇄(R2R, roll-to-roll)는 이같은 한계를 넘어 디자인과 개념이 전혀 다른 새로운 인쇄 컴퓨터를 구현, 신산업을 창출할 수 있다"라고 말했다. 센터는 R2R 방식 트랜지스터의 설계와 제조, 공정, 검증 기술을 종합적으로 보유하고 있다. 10V 전압에서 100㎑ 구동 가능한 4비트 프로세서를 설계하고, 설계에 따라 생산하는 인쇄 파운드리까지 구축했다. 센서와 프로세서가 융합된 무선 라벨을 활용한 AI 연계 에지 컴퓨팅을 위한 초저가 유연 프로세서로 새로운 시장을 열 수 있으리란 기대다. 현장에선 방진복을 입은 학생 연구원들이 인쇄 장비에 잉크를 바르며 최적화 작업을 하고 있었다. 인쇄 공정으로 유연한 반도체를 만들기 위해서는 반도체 설계뿐 아니라 인쇄 장비를 다루는 기계공학, 잉크 개발을 위한 화학공학, 재료공학 등 다양한 분야 연구자들의 협동 연구가 필요하다. 현재 7-8개 학제 연구자들이 공동 연구하고 있다. 이같은 학제간 연구는 우수 연구자들의 집단 연구를 지원하는 선도연구센터 사업의 지원 덕분에 가능했다. 선도연구센터는 기초연구 분야 연구자 8-10명으로 구성된 연구 그룹에 7년에서 10년까지 연간 15억원 안팎의 연구비를 지원하는 사업이다. 이학분야(SRC)와 공학분야(ERC) 선도연구센터 사업이 시작된 1990년 이래 지금까지 33년 간 총 434개 센터에 3조원 가까운 지원이 이뤄지며 국내 기초연구 발전에 기여했다. RNA 연구 권위자인 김빛내리 IBS RNA 연구단장이나 물리학자인 오세정 전 서울대 총장 등 많은 과학자가 선도연구센터를 통해 연구를 발전시켜 나갔다. 22일 성균관대 자연과학캠퍼스에서 열린 '2023 선도연구센터 릴레이 성과발표회'에선 선도연구센터의 최근 대표 성과들이 소개됐다. 홍병식 고려대 물리학과 교수가 이끄는 극한핵물질연구센터는 중이온가속기로 초기 우주물질과 중성자별 구성 물질의 상태를 연구해 우주 탄생의 비밀을 밝힌다는 목표다. 중성자별 내부와 비슷한 압축 핵물질을 생성시키고, 이같은 연구를 가속화할 정밀 입자검출기도 개발했다. 조제열 서울대 수의학과 교수가 이끄는 비교의학 질환 연구센터는 반려동물의 후성유전체를 규명하고 사람과의 비교 연구를 통해 질병 극복을 앞당기는 연구를 하고 있다. 배용수 성균관대 특훈교수가 주도하는 비임파성 장기 면역 연구센터는 비임파성 장기에 대한 면역 연구를 통해 난치병 치료에 도전한다. 박형호 연세대 재료공학과 교수가 센터장을 맡고 있는 에어로겔소재연구센터는 초경량 초단열 에어로겔 신소재 활용 기술을, 주재범 중앙대교수가 이끄는 나노-광융합 바이오의료 진단 연구센터는 현장에서 빠르고 정확하게 쓸 수 있는 감염병 진단 시스템을 개발했다. 현장에서 연구자들은 "센터 지원 사업이 종료된 후에도 10년 가까이 쌓은 연구 및 노하우, 인력, 네트워크 등이 유실되지 않도록 적정 수준의 지원이 필요하다"는 의견을 전했다. 배용수 교수는 "기초연구 성과를 사업화하고 시장에서 평가받을 수 있도록 원천기술을 확보하고 시장과 연결할 수 있는 역량이 필요하다"라고 말했다. 구혁채 과기정통부 기초원천연구정책관은 "30년 전 시작된 선도연구센터 사업이 디딤돌이 되어 우리나라의 기초연구 발전과 과학기술 위상을 높인 것처럼, 향후 10년 후 새로운 기초연구 패러다임 전환을 위한 다양한 정책을 발굴해 우리나라가 기초강국으로 도약할 수 있도록 최선을 다하겠다"라라고 밝혔다.

2023.06.23 08:33한세희

우주 비밀 더 가까이···중이온 가속기 저에너지 빔 시운전 성공

누리호와 함께 우리나라 대표 거대과학 프로젝트인 한국형 초전도 중이온 가속기 '라온'이 저에너지 구간 전체에 걸친 빔 시운전에 성공했다. 지난해 저에너지 가속장치의 가속모듈 중 전단부 가속모듈에 대한 빔 인출에 성공한데 이어, 이번에 54기 전체 구간에서 시운전에 성공한 것이다. 기초과학연구원 중이온가속기연구소(소장 홍승우)는 지난 23일 라온 저에너지 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공했다고 29일 밝혔다. 라온은 국내 독자기술로 개발한 초전도 중이온 가속기다. 2010년 개념 설계를 시작으로 그간 1조 5천억 원을 투입, 2021년 12월 구축 완료했다. ■ 한국형 중이온 가속기 라온 라온은 우라늄과 같이 무거운 중이온을 가속해 표적에 충돌시켜 새로운 희귀동위원소들을 생성하고, 이 과정에서 우주와 원소의 기원 및 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득하기 위한 장치다. 기초과학 분야에서 인류의 지식과 과학을 새로운 영역으로 이끌뿐 아니라, 반도체와 이차전지, 항암치료 등 소재·의료 분야 혁신 등 거대한 산업적 파급 효과도 일으킬 수 있으리란 기대다. 연구진은 작년 하반기 가속관 전단부(QRW) 가속모듈 22기의 22개 가속관에서 빔을 인출한데 이어, 이번에 후단(HWR) 32기 가솔모듈 102기의 가속관을 포함한 124기 가속관 전체에 대해 시운전을 수행했다. 중이온가속기는 입자 속도를 광속의 절반 수준까지 끌어올리면서 움직임을 제어해야 하는 극한 기술이다. 그간 연구소는 영하 270℃의 초진공, 극저온 헬륨 냉각 상태를 유지하면서 전체 초전도 가속관 124개의 주파수 및 빔 위상을 제어했다. 이를 통해 가속관별 고유 특성을 파악해 최적의 가속 변수(파라미터)를 설정하는 등 운영 기술과 노하우를 축적했다. ■ 저에너지 전체 구간 빔 인출 성공 이러한 과정을 거쳐 23일 오전 11시 33분 경 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공했다. 이후 추가적 재현 실험을 통해 빔 에너지 17.6MeV/u(핵자당 가속 에너지) 및 빔 전류 21.3μA(시간당 빔 전하량)에 도달했다. 과기정통부는 시운전 결과에 대해 24일 국내 가속기 전문가들로 구성된 전문가 회의를 소집했다. 검토 결과, 기술적 목표치들이 달성되었음을 현장 데이터로 확인했고, 초전도 가속기와 극저온시스템 및 중앙제어시스템 등 제반 장치·설비의 건전성과 정합성 또한 확인했다. 이러한 검토 결과는 26일 과기정통부 주관 중이온가속기 사업추진위원회를 통해 최종 확정했다. 과기정통부는 시운전 결과를 토대로 가속시스템에 대한 성능 최적화를 진행한다. 또 각종 실험장치들과 연계한 시운전을 추진하고, 가속기를 활용한 연구를 희망하는 국내외 연구자들을 대상으로 한 제안서 선정 기준도 마련한다. 2024년 하반기부터 본격 운영에 들어갈 계획이다. 오태석 과기정통부 1차관은 "금번 시운전 성공은 그간 막대한 국가 예산이 투입된 한국형 초전도 중이온 가속기의 주요 장치와 설비들의 목표 성능 구현과 정합성을 확인한 차원에서 그 의미가 크다"라며 "앞으로 성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 창의적이고 선도적인 국제공동 연구가 활발히 펼쳐질 수 있도록 다양한 정책적 노력을 다하겠다"고 밝혔다. ■ 고에너지 구간은 2025년까지 선행 R&D 결과 지켜보고 결정 다만 당초 함께 구축할 계획이었던 고에너지 가속장치의 경우, 2025년까지 선행 연구개발을 진행하고 그 결과를 토대로 구축하기로 한 상태다. 이에 따라 보다 다양한 희귀동위원소를 생성할 수 있도록 세계 최초로 두 가지 동위원소 생성 방식인 ISOL(Isotope Separation On-Line)과 IF(In-flight Fragmanetation)을 결합한 구조는 구현에 시간이 걸릴 전망이다. ISOL은 가벼운 이온을 무거운 표적에 충돌시키는 방식, IF는 무거운 이온을 가벼운 표적에 충돌시키는 방식이다. 라온 가속기 전단부에서 입자를 ISOL에 충돌시켜 희귀동위원소를 얻고, 이후 이를 다시 저에너지 구간과 고에너지 구간을 통과시키며 가속해 IF에 충돌시켜 또다른 희귀동위원소를 얻게 한다는 것이 당초 계획이었다. 고에너지 구간 구축을 위한 선행 R&D가 진행 중이기 때문에, 고에너지 구간을 전제로 하는 IF 설비의 사용 가능 시점을 예측하기는 이른 상황이다.

2023.05.29 18:03한세희

로크웰 오토메이션, 성일하이텍 자동제어시스템 공급

로크웰 오토메이션 코리아는 성일하이텍과 하이드로센터 제3공장 건립을 위한 자동제어시스템 공급계약을 체결했다고 25일 밝혔다. 성일하이텍은 리튬이온 배터리 분야에서 원소재 회수, 양산에 성공한 리튬이온배터리 재활용 기업이다. 지속가능한 배터리 재활용 기술 고도화, 배터리 재활용 소재 생산 규모 대폭 확대 등을 추진하고 있다. 이번 협약을 통해 로크웰 오토메이션은 하이드로센터 제3공장에 폐배터리 재활용 시스템 구축을 위한 자동화 솔루션 및 소프트웨어를 제공하고, 전기차 증가에 대비한 배터리 재활용 시스템을 구축할 계획이다. 하이드로센터 제3공장은 로크웰 오토메이션과 함께 DCS 및 설비들을 통합해 자동화를 구현할 예정이다. ▲휴먼 에러 감소 ▲시스템 자동화를 통한 운영 효율성 제고 ▲제조기록서 디지털화로 규정 보고와 준수 편의성을 제고하여 글로벌 기준을 충족하는 생산 환경과 시스템을 갖출 전망이다. 양사는 이번 시스템이 이차전지 원료 재공급 자원순환 모델을 구축하는 데 기여하고, 궁극적으로는 EV 배터리 폐기물의 환경적 영향을 감소시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 성일하이텍 이강명 대표는 “로크웰 오토메이션의 자동화 솔루션과 소프트웨어를 활용하여 폐배터리 재활용 솔루션을 갖춘 하이드로센터 제3공장을 건설할 수 있게 되었다”며 “지속가능한 자원 선순환 시스템을 구축하고, 안정적인 배터리 소재를 공급하여 빠르게 성장하고 있는 배터리 시장에서의 경쟁력을 강화할 계획”이라고 설명했다. 이용하 로크웰 오토메이션 코리아 대표는 “배터리 시장은 해마다 성장하여 2030년에는 지금보다 6배 가량 성장할 것으로 예측되고 있으며, 지속가능한 미래를 위해 폐배터리 재활용은 업계의 주요 화두로 떠오르고 있다”며 “로크웰 오토메이션은 배터리 산업 및 폐배터리 리사이클링 프로젝트에 필요한 전문적인 자동화 솔루션과 전문성을 갖추고 있으며 폐배터리 분야 선도기업인 성일하이텍의 하이드로센터 제3공장 건립에 중요한 역할을 하게 돼 기쁘다“고 밝혔다.

2023.05.25 17:31남혁우

KAIST, 고성능 맞춤형 양자광원 플랫폼 개발

양자정보통신에 꼭 필요한 양자광원을 구현하기 위한 플랫폼으로 반도체 양자점이 주목받고 있다. 양자점을 이용하면 빛의 최소 알갱이인 광자를 정확히 원하는 시점에 하나씩 발생하는 단일광자 발생기를 만들 수 있기 때문이다. 다만, 양자점과 광학적 특성이 꼭 들어맞는 공진기 구조를 정밀하게 설계하고 결합해야 발광 성능이 우수한 단일광자 발생기를 만들 수 있다. KAIST(총장 이광형)는 고성능의 단일 양자점 양자광원을 고밀도 양자점 기판 위에서 식각과 같은 파괴적 공정없이 맞춤형으로 다량 제작할 수 있는 원천 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. KAIST 물리학과 조용훈 교수 연구팀과 한국전자통신연구원(ETRI) 고영호 박사 연구팀, 한국과학기술연구원(KIST) 송진동 박사 공동 연구팀은 고밀도 양자점 중 단 하나의 양자점을 선별하는 비파괴적 선택 방법을 고안했다. 이렇게 선택된 양자점의 광학적 특성을 분석, 그 특성과 꼭 들어맞는 맞춤형 공진기를 양자점 위치에 맞추어 제작하는 방식으로 접근했다. 조용훈 교수 연구팀은 최근 개발한 집속 이온빔을 이용한 초정밀 나노 소광 기법을 고밀도 양자점에 적용했다. 집속 이온빔을 약하게 쬐면 시료가 깎여 나가지 않지만 이온빔을 맞은 부분엔 빛을 내지 못하게 되는 '소광(quenching)'이 일어나는 현상을 이용한 것이다. 고밀도 양자점 시료 위에 집속 이온빔을 도넛 패턴으로 조사하면 이온빔을 맞은 도넛 패턴 위의 양자점들은 소광됨을 확인했고, 도넛 패턴의 안쪽 지름을 더욱 줄여가면서 최종적으로 정중앙에 있는 단일 양자점에서만 선명한 빛을 내도록 조절했다. 이렇게 의도한 위치에 남겨진 단일 양자점의 광학적 특성을 조사, 그 특성에 꼭 맞게 설계한 공진기 구조를 양자점 위치에 정확히 맞추어 제작해 단일 광자의 방출 효율을 높이고 빛의 방향성을 제어했다. 초정밀 나노 소광 기술이 식각을 하지 않는 비파괴적인 방식이라 시료 전체의 표면 상태를 그대로 유지할 수 있고, 맞춤형으로 설계된 공진기 구조를 표면 위에 직접 형성할 수 있었기에 가능한 일이었다. 조용훈 교수는 "기존에 단광자 순도가 낮거나 밀도를 조절하기 어려워 외면받던 고밀도 양자점 시료들에 대해 고성능 양자광원을 맞춤형으로 구현할 수 있는 방법"이라며 "원하는 위치에 단일 양자점을 반복적으로 구현할 수 있기 때문에 대규모 양자 광학 플랫폼 개발에 돌파구가 될 것"이라고 말했다. 이번 연구는 정보통신기획평가원과 한국연구재단 등의 지원으로 수행됐으며, 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)'에 최근 게재됐다.

2023.04.18 16:54한세희

비싼 리튬 대신···에너지연, 나트륨 배터리 출력 향상 기술 개발

배터리 핵심 소재인 리튬에 대한 공급망 우려가 이어지는 가운데, 나트륨 이온 배터리의 양극재 수명과 출력을 높일 소재 기술을 국내 연구진이 개발했다. 한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 고전압 양극재를 위한 새로운 바인더 소재를 개발, 나트륨 이온 배터리의 안정성과 출력을 향상시켰다고 18일 밝혔다. 바인더란 전극 내 활물질이나 전도성 카본 등 전극 입자를 집전체에 고정하는 접착제 역할을 한다. 충방전이 반복될 때 활물질이나 도전재 사이 결합이 느슨해지는 것을 막는다. 나트륨은 지구에 6번째로 많은 원소로, 리튬보다 440배 풍부하고 가격은 80분의 1 수준이라 배터리 제작 단가를 낮출 수 있으리라 기대된다. 또 리튬이온과 동일한 산화수를 갖는 알칼리 이온으로 리튬 이온전지와 작동 메커니즘이 유사해 주목받고 있다. 에너지 밀도가 높아 나트륨 전지의 양극재로 쓰이는 불화인산바나듐나트륨(NVPF)은 4V 이상 고전압에선 전해질과 부작용이 일어난다는 문제가 있다. 상용 양극 바인더인 PVDF(Polyvinylidene fluoride)는 양극과 전해질 계면에 불안정한 피막(CEI)를 형성해 양극 표면 보호 효과가 약하다. 이런 부작용을 제대로 제어하지 못하면 양극재와 전해질 내 물이 반응해 플루오린화수소를 형성한다. 플루오린화수소는 양극의 구조를 공격해 구조를 붕괴시키고 성능을 떨어뜨린다. 광주친환경에너지연구센터 최성훈 박사 연구진은 전기화학적 반응 중 플루오린화수소 생성을 억제할 수 있는 나트륨폴리아크릴레이트(Sodium polyacrylate) 바인더를 적용해 배터리 수명과 출력 특성을 높였다. 이 바인더는 충·방전 과정 중 바인더의 나트륨 이온과(R-COONa) 플루오린화수소의 생성 중간체인 HPO₂F₂의 수소이온과의 원소교환 반응을 통해 아크릴산(R-COOH)과 NaPO₂F₂를 다량으로 만들어낸다. 다량으로 생성된 NaPO₂F₂는 나트륨 이온이 안전하게 이동할 수 있는 고이온전도성 CEI를 형성하고, 양극을 효과적으로 보호해 전해질의 추가 분해를 억제했다. 나트륨폴리아크릴레이트 바인더가 적용된 나트륨 이온 전지는 빠른 충·방전 조건에서도 2천 사이클까지 70%의 용량을 유지했다. 또 매우 높은 출력조건에서 상용 PVDF 바인더를 적용한 나트륨 전지보다 5배 이상의 높은 용량을 발현했다. 최성훈 박사는 “이번에 개발한 바인더는 차세대 나트륨 이온 배터리 고전압 양극에 적용돼 상용 PVDF 바인더 대비 우수한 배터리 성능을 구현했고, 작동 원리도 규명해 바인더 설계 방향에 대한 비전을 제시했다"라며 "향후 나트륨 이온 배터리뿐만 아니라 다양한 고전압 기반 양극 바인더 설계에 기여할 것"이라고 말했다. 이번 연구는 에너지연 기본사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)' 3월호 표지논문으로 선정됐다.

2023.04.18 16:44한세희

"7월부터 네이버·카카오도 재난관리 의무화 대상"

앞으로 이용자 수 1천만명 이상이거나 트래픽 비중 2% 이상인 부가통신사업자도 방송통신재난관리 대상에 포함된다. 매출액이 100억원 이상인 데이터센터 사업자 중 전산실 바닥면적이 2만2500㎡ 이상이거나, 전력공급량이 40MW 이상인 곳도 포함된다. 과학기술정보통신부는 30일 정부 서울청사에서 이 같은 내용을 골자로 한 '디지털서비스 안정성 강화 방안'을 발표했다. 이번 방안은 지난해 SK C&C 판교 데이터센터 화재에 따른 카카오와 네이버 서비스 장애에 따른 후속조치로 국회서 개정된 방송통신발전기본법, 정보통신망법, 전기통신사업법의 시행령 개정안이다. 그동안 기간통신사와 방송사만 대상으로 하던 방송통신발전기본법의 방송통신재난관리 대상에 부가통신사와 데이터센터 사업자까지 포함시키면서 구체적인 기준을 제시한 점이 주목할 부분이다. 이 기준에서 정한 부가통신사는 네이버와 카카오를 비롯한 7개 내외, 데이터센터는 10곳 가량으로 파악됐다. 방송통신재난관리 대상에 포함되면 재난관리기본계획을 수립해 정부에 제출해야 하며, 계획을 이행하지 않으면 제재를 받을 수도 있다. 시행령에서 제시한 기준 외에 최근 서비스 장애가 대규모로 발생한 사업자는 심의를 거쳐 한시적으로 재난관리 대상으로 지정할 수도 있다. 이 같은 내용의 시행령 개정안은 입법예고를 거쳐 오는 7월부터 시행될 예정이다. 다음은 홍진배 과기정통부 네트워크정책실장과의 일문일답이다. - (방송통신발전 기본법에 의해) 카카오 같은 부가통신서비스사업자도 심의를 거쳐 한시적으로 재난관리 의무 대상이 되는데, 부가통신서비스사업자는 정보통신망법에서 이미 데이터센터 보호를 규율하고 있어 이중규제라는 지적이 나온다. "부가통신서비스사업자 중 한시적인 적용 대상은 가입자가 100만명 이상이거나 트래픽 발생량 비중이 1% 이상인 사업자다. 1%라고 해도 굉장히 (규모와 영향력이) 큰 사업자다. 만약 사고가 발생한 경우에 심의를 거쳐 의무 적용 대상으로 보고, 재난관리 기본 계획 세우고 정부가 관련해서 알려주는 것이기 때문에 이중 규제는 아니다." - 재난관리 대응책은 언제부터 적용되고, 대상 사업자는 몇 개 업체가 해당되나? "오는 7월부터 적용된다. 지난해 12월 디지털 안전 3법(방송통신발전 기본법, 정보통신망법, 전기통신사업법)이 개정됐다. 입법예고를 거쳐, 추가 의견을 수렴하고 7월부터 시행령을 적용한다. 적용 대상 사업자 수는 부가통신사업자 7개 내외, 데이터센터 10개 내외일 것이다." - 대응책의 강제성은 어느정도인가? "의무 적용 대상 사업자는 각자 재난 관리 기본계획을 수립하고, 정부가 지침을 내린다. 이를 지키지 않으면 정부가 제지한다. 또, 방송통신발전법에 근거해 의무 적용 대상이 아닌 사업자에게도 재난 대응 대책은 권고 사항이다. 화재가 나면 해당 사업자의 서비스 품질·신뢰도 저하 문제가 생기기 때문에 (대책의) 실효성이 있을 것이라 생각한다." - 배터리 간 이격거리(0.8~1m 이상)를 확보할 공간이 없는 데이터센터는 어떻게 하나? "공간이 부족하면 화재확산 방지포, 차열 방화문 설치, 배터리 내 내화소제 적용 등 대안이 있다. 각 사업자가 이를 종합한 이행 계획을 정부에 제출하면, 전문가 심의를 거쳐서 실제 적용하도록 할 계획이다. 지난해 10월 15일 화재가 발생한 판교 SK CNC 데이터센터는 정부 시정 요구를 거쳐 배터리 간 공간을 내화구조 격벽으로 분리했다." - 이번 대책은 리튬이온 배터리 위주로 나온 것으로 보인다. 압축 전지 등 다른 종류를 사용하는 데이터센터도 해당 대책이 유효한가? "어떤 종류의 배터리든 화재가 발생할 수 있기 때문에 종합적으로 적용된다. 배터리 모니터링 시스템(BMS) 체계 개선, 무정전전원장치(UPS)를 분할 차단하는 전력 체계 등 전련 공급 생존성 대책은 모든 종류 배터리가 해당된다. 다만, 리튬이온 배터리는 발화 가능성이 다른 종류보다 높기 때문에 소화약제가 포함된 것을 쓰도록 하고, 배터리 간 이격 거리 지키도록 하겠다. 배터리 종류를 선택할 때 성능이 향상된 것을 쓰고, 안전하게 관리하는 것이 요지다." - 디지털 위기관리본부를 상시 운영 효과는? "평소 주요 의무 대상 사업자와 정부가 화재 대응 등 안전을 위해 상시 연결 체계를 갖는다. 이상 유무를 지속해 확인하고, 모의 훈련을 할 수 있다. 극단적으로 화재 발생 시 데이터센터 하나가 셧다운 될 때 다른 데이터센터를 활용하는 상황을 가정하고 합동 시뮬레이션해볼 수 있다. 현재 디지털 위기관리본부를 신설하기 위해 행정안전부와 협의를 마치고 인력을 추가적으로 배정받았다. - 지난해 10월 발생한 판교 데이터센터 화재의 정확한 원인은 무엇인가?" "소방청, 분당경찰서가 같이 조사 감식을 진행하고 있다. 왜 리튬이온 배터리에서 스파크가 발생했는지에 관해서 결론을 못 내렸다. 다양한 가능성을 보고 있다. 다만, 국립과학수사연구원은 배터리 셀 내부에 병력 여하에 따른 전력 파괴가 발화 원인일 수 있다고 파악했다. 외부 진입 요인은 적다는 의견이다. 최종적으로 관계 당국이 정확한 원인을 밝히면, 추가적인 안전성 강화 방안도 내놓겠다. 이번엔 화재 발생 직후 확산 과정에서 피해를 어떻게 최소화할지가 주안점이다."

2023.03.30 15:00윤상은

기계연, 배터리 성능·안정성 함께 잡는 음극 구조 개발

한국기계연구원(원장 박상진)은 리튬이온 배터리의 성능과 안정성을 함께 높일 수 있는 새로운 음극 구조를 개발했다고 17일 밝혔다. 전극을 두껍게 만들면 더 많은 에너지를 저장할 수 있으나 저항이 커지면서 성능이 떨어지는 문제가 있다. 기계연 나노역학장비 연구실 현승민 책임연구원과 성균관대 이후정 교수 공동 연구팀은 전극이 두꺼워도 고성능・고신뢰성을 유지하는 디자인 및 공정기술을 개발했다. 음극을 이중층으로 구성하고, 이온 전도성과 전기 전도성이 향상된 작은 소재가 용량이 큰 소재 사이 사이에 존재할 수 있는 요철 형태로 설계했다. 일반적으로 리튬이온배터리의 전극은 슬러리를 전극 전체에 골고루 배치할 수 있도록 코팅해 건조하는 방식으로 제작된다. 슬러리의 균일도가 배터리 성능을 좌우하는데, 전극이 두꺼워질수록 에너지 밀도와 균일도가 낮아져 고출력 환경에서 성능을 유지하기 어려웠다. 이번에 개발된 배터리의 음극 구조는 전극이 두꺼워져도 전극 전체가 높은 에너지 밀도를 유지하면서 균일한 반응 안정성을 가질 수 있어 성능과 수명을 높일 수 있다. 현승민 책임연구원은 "기존 리튬이온배터리 소재와 공정을 활용하면서도 새 디자인 설계를 적용해 배터리의 성능과 수명을 향상시키는 효율적 방법"이라며 "스마트폰, 노트북과 같은 전자기기는 물론 고출력 환경에서도 높은 에너지 밀도가 요구되는 전기자동차 및 소프트로봇에 적용할 수 있도록 노력하겠다"라고 밝혔다. 이 연구는 과학기술정보통신부 지원 '나노 및 소재 기술개발사업' 및 기계연 기본사업 '나노기반 옴니텍스(Omni-TEX) 제조 기술 개발' 과제의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 최근 실렸다.

2023.01.17 10:39한세희

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