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차세대 전고체전지 언제 나올까…전기연·(주)대주전자재료 상용화 시동

한국전지연구원이 지난 2021년 개발한 고체 전해질 성능을 획기적으로 업그레이드해 대량 생산을 위한 초석을 마련했다. 당시 이 기술은 (주)대주전자재료가 이전받았다. 연구를 주도한 하윤철 차세대전지연구센터장은 "4년전 고체전해질 제조 방식에 공침 기술을 세계 최초로 도입했다"며 "이번 업그레이드 기술은 전고체전지를 저렴한 비용으로 대량생산하는 시대를 활짝 여는 마중물이 될 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 지난 2021년, 고가의 황화리튬(Li2S) 없이 원료들을 한꺼번에 용기에 넣어(One-pot) 용액 공정으로 고체전해질을 대량으로 제조하는 '공침법'을 제안해 주목받았다. 공침법은 원료를 고르게 용액 속에 녹여내고, 이를 침전시킨 후 필터로 걸러내는 과정이 핵심이다. 이번에는 이의 성능을 획기적으로 개선했다. 대학과 업계가 협력해 공침법 원리를 세밀히 분석한 뒤 최적화했다. 이 연구에는 KAIST 변혜령 교수팀과 백무현 교수팀, 포스텍 서종철 교수팀이 참여해 중간산물 화학적 분석과 양자 계산 및 음이온 질량 분석을 진행했다. 또 ㈜대주전자재료는 실제 고체전해질 양산에 적용될 연속 공정에 관련 기술을 접목했다. 연구결과 고체전해질 생산 시간은 14시간에서 4시간으로 대폭 줄였다. 최적으로 합성된 고체전해질 품질도 향상됐다. 기존 제조법들은 양산화(스케일업, Scale-up) 과정에서 낮은 이온전도도를 보여 고질적인 문제가 됐었다. 하지만, 이번 업그레이드형 공침법을 양산화 과정에 적용하면 고체전해질의 이온전도도는 5.7mS/cm를 기록해 액체전해질 실제 전도도(3~4 mS/cm) 수준을 넘어선다. 또한, 해당 고체전해질을 스마트폰 전지의 5분의1 수준에 해당하는 700mAh 용량의 전고체전지 파우치셀에 적용해 상용 리튬이온전지(270Wh/kg)보다 높은 에너지 밀도인 352Wh/kg를 달성했다. 이와함께 전고체전지를 1천 번 충·방전한 실험 결과도 80% 이상의 용량을 유지해 안정적인 수명도 확인했다. 하윤철 센터장은 "이번 기술이 고체전해질 합성뿐만 아니라 다양한 기능성 코팅막 제조에도 적용될 수 있음을 확인했고, 최근 특허 출원까지도 마쳤다"고 설명했다.

2025.02.10 09:01박희범 기자

스탠다드에너지, 'CES 2025'서 바나듐이온배터리 소개

바나듐이온배터리(VIB) 전문 기업 스탠다드에너지가 지난 7일부터 4일간 열린 'CES 2025'에 참가했다고 지난 17일 밝혔다. 스탠다드에너지는 미국 라스베이거스 베네시안 엑스포 '유레카파크' KAIST관 내에 전시 부스를 운영했다. CES 2025에서 혁신상을 수상한 에너지저장장치(ESS) 제품'에너지 타일'을 비롯, VIB 셀과 모노블럭 모형이 전시됐다. 실외 컨테이너 형 ESS, 실내 설치용 모듈형 ESS 등 다양한 VIB ESS 설치 사례도 제시됐다. 스탠다드에너지는 VIB 기반 제품이 발화 위험성이 없고, 고출력 등 높은 성능으로 운영이 가능해 빌트인 방식 등으로도 설치가 가능할 정도로 설치 유연성이 높은 점을 전시에서 강조했다. 이에 북미 현지 기업은 물론 국내외 기업의 관심이 높았다고 덧붙였다. 부스 방문객들은 특히 VIB의 안전성을 증명하는 발화 및 관통 실험 영상에 대해 놀라워했다는 설명이다. 인공지능(AI) 사업 관련 기업들은 데이터센터의 안정적 전력 사용에 기여하면서도 안전한 솔루션이라는 점에 관심을 보였다. 북미 현지 공급 가능 일정과 향후 북미 지역 파트너십에 대해서도 논의가 이어지는 등 성과도 거뒀다. 스탠다드에너지는 CES 2025에서 관심을 보인 잠재 고객사 및 파트너사와 향후 지속적인 협의를 추진해 북미 지역 진출을 위한 성과를 만들 계획이다. 김부기 스탠다드에너지 대표는 “이번 CES 2025를 통해 북미 시장에서 VIB ESS에 대해 소개할 수 있었고, 북미 지역 기업들과 소통하는 가운데 VIB에 대한 높은 기대를 알 수 있었다”며 “잠재적인 수요가 큰 것으로 확인된 만큼 북미 시장 진출에도 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.

2025.01.19 10:40김윤희 기자

ETRI, 폭발없는 차세대 전고체이차전지 상용화 "코앞"

폭발 위험없는 전고체이차전지 핵심기술이 개발됐다. 전고체이차전지는 리튬이온전지를 대체할 차세대 전지로 주목 받는다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 제조 공정이 간단하면서도 얇고 견고한 고체 전해질막을 개발했다고 16일 밝혔다. 연구성과는 에너지 소재 분야 국제 학술지인 '스몰'지 온라인에 지난해 말, 표지논문으로 게재됐다. 일반적인 전고체 이차전지에는 막 내구성을 높이기 위해 두께가 수백 ㎛에서 1㎜까지 두껍게 사용한다. 그러나 이 같이 두껍게 제조할 경우 에너지 밀도 손실이 크게 발생한다. 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 기계적인 힘을 가할 때(전단) 쉽게 섬유화하는 바인더 소재를 기반으로 용매를 쓰지 않는 건식공정으로 초박막형 고체전해질막을 제작했다. 분리막 두께는 기존에 상용화된 리튬이온전지(10~20㎛) 범주에 들어가는 18㎛다. 연구진은 "셀 부피를 대폭 감소시켜 고에너지밀도 및 고성능을 구현했다"며 "1㎜ 두께의 후막형 고체전해질막 대비 최대 10배 이상 에너지 밀도를 높인 셈"이라고 설명했다. 연구진은 충·방전 간 이온전달속도를 향상시킬 경우 동시에 셀 부피 및 무게를 대폭 줄일 수 있어 고에너지 밀도를 갖는 전고체 이차전지 개발이 가능할 것으로 예상했다. 연구진은 또 바인더 소재의 분자량과 견고하게 얽힘 정도 간 상관관계를 규명하고, 공정 표준도 제시했다. 특히,고분자 바인더의 분자량과 섬유화시 얽힘 정도의 상관관계를 구조 분석을 통해 정량화했다. 전단 과정에서 공정 온도 및 시간을 최적화해 최대 98%의 고분자 바인더 섬유화를 유도, 강한 얽힘 구조의 바인더 네트워크를 형성시켰다. 스마트소재연구실 박영삼 박사는 “가격경쟁력을 갖춘 전고체 이차전지 상용화 가능성이 높을 것"으로 내다봤다. 연구책임자인 스마트소재연구실 신동옥 박사는 "그동안 난제였던 고체전해질막의 초박막화를 간단하고 빠른 공정으로 해결한 것"이라며 "초박막 고체전해질막이 적용된 파우치형 셀을 제조, 안정적인 충·방전 결과도 확인했다"고 말했다. 신 박사는 또 "실험실에서 연구하는 고체전해질막 두께는 보통 500㎛ 수준"이라며 "그런 의미에서 보면 이번에 공개한 18㎛는 상용화가 가능한 두께"라고 덧붙였다. ETRI는 이번 연구결과를 바탕으로 이온전도 성능 향상 및 전극과의 안정적인 계면 제어를 위한 연구를 진행할 예정이다. 이 연구는 ETRI 신동옥 박사와 박영삼 박사가 교신저자로, UST 윤석윤 석·박통합과정생이 1저자로 참여했다. ETRI 자체 사업과 산업통상자원부, 국가과학기술연구회 지원을 받았다.

2025.01.16 10:46박희범 기자

스탠다드에너지, 북미 본격 공략…CES 참가

바나듐이온 배터리(VIB) 기업 스탠다드에너지는 오는 7~10일(현지시간) 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 가전-IT 전시회 'CES 2025'에 참여한다고 3일 밝혔다. 스탠다드에너지는 이번 CES에서 VIB를 활용한 에너지저장장치(ESS) 기술을 소개한다. CES 2025 혁신상을 수상한 빌트인 방식 실내용 ESS '에너지 타일'의 실물 모형이 전시되고, 컨테이너형으로 제작된 실외형 ESS, 모듈형으로 제작된 실내형 ESS 등이 실제 설치된 사례와 함께 공개될 예정이다. 북미 시장의 경우 인공지능(AI) 데이터센터의 전력 수급을 안정적으로 보조할 수 있는 고출력 ESS와 자동차 초급속 충전 전력 보조를 위한 고성능 ESS에 대한 미래 수요가 커질 전망이다. 이런 전력 수요처는 도시 등 인구 밀집 지역에 가깝게 위치하는 경우가 많은데, 화학 특성상 화재에 절대 안전하고 충방전 속도가 빠른 VIB ESS가 적합한 대안이라는 설명이다. 스탠다드에너지는 오는 10일 미국 캘리포니아 레드우드시티에서 개최되는 'UKF 82 스타트업 서밋'의 스타트업 피칭 세션에도 참석한다. 실리콘밸리 현지 VC 등 투자자 및 주요 벤처 스타트업 기업들에게 VIB 기술을 소개한다. UKF 82 스타트업 서밋은 글로벌 한인 창업자 네트워크UKF가 주최하는 행사로 벤처 스타트업 기업과 투자자, 유관기관 등 1천여명이 참석할 예정이다. 스탠다드에너지는 이 행사를 통해 미국 내 주요 VC의 투자를 유치하는 것은 물론 북미 진출을 위한 협력 파트너를 물색할 계획이다. 이번 CES 2025 및 UKF 82 스타트업 서밋 참가를 기점으로 북미 지역 진출을 본격화할 예정이다. 김부기 스탠다드에너지 대표는 “신재생에너지 발전의 증가와 전력망의 노후화에 따른 전력공급의 불안정성과 AI 데이터센터 등의 확대에 따른 전력수요의 폭발적 증가는 세계적인 현상이며, AI 산업이 가장 발전한 북미 지역에서도 풀어야할 숙제”라며 “ESS에 최적화된 VIB 기술이 북미 지역 전력시장의 문제점을 해결할 수 있는 강력한 해결책임을 입증할 것”이라고 밝혔다. 아울러 “전세계 ESS 시장 가운데 북미 시장은 특히 중요한 시장이며, 북미 시장에 진출할 수 있어야 글로벌 마켓에서도 성공할 수 있다”며 “이번 CES 2025와 UKF 82 스타트업 서밋을 통해 북미 시장에 VIB 및 VIB ESS를 적극 알려 나갈 것”이라고 언급했다.

2025.01.03 09:18김윤희 기자