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차세대 'K배터리' 성패 가를 정책 포인트 두가지

이재명 정부가 국정과제로 낙점한 '배터리 삼각벨트'는 충북 오창·전북 새만금·경북 포항을 잇는 이차전지 거점을 연결해 우리 국토의 균형 발전과 K-배터리 산업의 글로벌 경쟁력을 강화하겠다는 전략을 담고 있다. 그러나 미국 트럼프 행정부의 불확실한 정책기조와 중국 저가 공세 속에 국내 기업들은 ▲위기 헷징 ▲밸류체인 안정화 ▲차세대 기술 확보라는 생존 과제에 직면해 있다. 지디넷코리아는 정책 공약의 성공 조건과 필요성을 짚어보고, 산업과 지역 현장의 목소리를 총 7편에 걸쳐 담았다. [편집자주] 리튬이온 배터리가 주류로 자리잡는 과정에서 우리 기업들은 일본을 제치고 선도 기업으로 자리매김했다. 중국 기업의 공세가 거세지만, 산업 기술 동향을 이끄는 입지는 계속 사수하고 있다는 평가다. 다만, 리튬이온 배터리 기술 혁신이 최근 한계에 다다랐다는 분석이 나온다. 다양한 차세대 배터리에 대한 관심이 커지는 이유다. 에너지 밀도 한계를 넘어선 '전고체 배터리', 무게를 크게 줄일 것으로 기대받는 '리튬황 배터리', 화재 안정성이 높으면서 에너지 밀도를 끌어올리고 있는 '나트륨 배터리' 등 다양한 대안 기술 개발이 가속화되고 있다. 리튬이온 배터리에서 차세대 배터리로 패러다임이 전환되더라도 국내 기업이 현재의 입지를 지키기 위해선 유망 스타트업 육성이 핵심 해법 중 하나로 꼽힌다. 규모의 경제가 좌우하는 리튬이온 시장과 달리, 차세대 시장에선 스타트업이 기술력을 무기로 존재감을 키우고 있기 때문이다. R&D 등 정부 지원 정책은 이런 스타트업들이 수익을 내기 전까지 성장 발판 역할을 해왔다. 다만 배터리 산업의 특수성을 고려할 때 정책 변화가 필요하다는 지적도 제기된다. 타 업종 대비 높은 초기 투자, '패스트 팔로어'에서 '퍼스트 무버'로 바뀐 위상 등이 근거다. 예기치 못한 자금 경색 한 번에도 스타트업은 폐업…"긴급 지원 제도 필요" 리튬 메탈 전지로 방산 시장에 진출한 스타트업 유뱃의 유종태 상무는 한도 외 저리 대출 지원 제도 필요성을 역설했다. 기술 가치를 인정받은 지금은 매출이 안정 궤도에 올랐지만, 과거 단기 자금 경색으로 위기를 겪은 경험 때문이다. 정부 차원 한도 외 대출이 있었다면 더 많은 스타트업이 안정적으로 성장할 수 있었다는 주장이다. 유 상무는 "배터리는 기본적으로 장비 투자가 전제돼야 하는 제조업이고, 소규모 투자만 하더라도 수십억이 들 수 있어 스타트업에 부담스러운 업종"이라며 "장비 설치 이후에도 R&D를 거쳐 매출 창출과 손익분기점 달성까지 시간이 오래 걸려 선투자 규모가 막대하다"고 말했다. 사업 초기를 지나 매출이 지속 성장하고 있음에도 투자 유치에 난항을 겪으며, 장비 매입에 필요한 선투자 비용이 모자라 애가 탔던 경험도 공유했다. 유 상무는 "영업 건이 몰려도 이미 건물 내에 설비가 가득 차 추가 공간과 설비를 확보하지 않으면 이를 소화할 수가 없었다"며 "감사히 투자를 유치해 위기를 넘겼지만, 그렇지 못했다면 회사 성장이 막히면서 경쟁력도 점차 약화됐을 것"이라고 회상했다. 정부 R&D 예산이 이례적으로 대폭 삭감됨에 따라, 정부 사업을 수주한 스타트업으로서 재정난을 겪기도 했다. 스타트업이기 때문에, 수억원 정도 오차에도 영향을 크게 받은 사례다. 유 상무는 "수주한 사업에 맞춰 인력도 채용하고, 비용 집행 계획도 사전에 수립했는데 갑작스럽게 R&D 예산이 삭감되면서 현금흐름 시나리오가 다 틀어졌다"며 "보완 성격으로 마련된 저리 대출이 없었다면 큰 위기를 겪을 뻔 했던 상황"이라고 언급했다. 한도 외 대출이 정부의 위험 부담을 키운다는 지적에 대해 그는 "정부가 어떤 부담도 지지 않으면서 기업들에게만 '하이 리스크 하이 리턴' 상황에 도전해 성공하라고 하는 건 타당하지 않다"고 반박했다. 유 상무는 "스타트업 육성 차원에서 사업이 꾸려지는 직접 R&D 예산은 결국 소비되는 자금인 반면, 정책적 자금 대출은 초저금리로 운영하더라도 자금이 회수된다"며 "기업 육성을 위한다면, 한도 외 저리 자금 대출 제도도 정책 효과가 상당할 것"이라고 전망했다. 배터리 R&D 정책, '수요' 육성에 초점 맞춰야 배터리 기술 고도화를 위한 R&D는 목표 성능 충족 위주의 과제에서 벗어나 시장·수요 창출 연계형으로 전환이 필요하다는 지적도 이어졌다. 특정 기술 요건만 맞추고 끝나는 방식으로는 업계 전반을 견인할 신기술을 만들기 어렵다는 진단이다. 유 상무는 "특정 기술이 주목을 받으면 관련 사업을 발주하는 식인데, 사업을 마치면 뭐가 남느냐"며 "그동안 정부 R&D 사업에선 사업화와 수요 연계가 고려되지 않고, 기술만 개발된 채 끝났다"고 지적했다. 수주 기업은 요건 충족형 개발에 머물고, 수요 기업은 외면해 결과물이 방치되는 악순환이 이어졌다는 지적이다. 유 상무는 "과거엔 우리나라가 '패스트 팔로워'였고, 이런 입장에선 쫓아갈 제품 사양이 명확했기 때문에 이런 방식이 통했다"며 "하지만 기술 성숙도가 올라온 지금은 이런 방식이 효과적이지 않고, 경쟁력 있는 상용 제품을 만들어내지 못한다"고 강조했다. 배터리와 같은 우리나라 핵심 산업의 경우 정부 주도 수요 발굴과, 연계 R&D가 함께 가야 한다는 조언도 내놨다. 유 상무는 "가령 정부가 자폭 드론 대규모 조달 사업을 발주하고 여기에 국산 배터리를 사용하도록 조건을 달면, 기업들이 자발적으로 제품 개발 경쟁에 뛰어들 것"이라며 "이 과정에서 제품 고도화도 가속되고, 이런 흐름 속에서 시장 플레이어들도 지속 유입되는 선순환을 기대할 수 있다"고 설명했다. 이어 "그 동안 특정 종류의 차세대 배터리 R&D 사업을 만드는 식으로 정책이 운영돼왔는데, 그보다 각 배터리의 특성을 보고, 관련 테스트베드와 시장 조성을 병행하는 정책이 바람직하다"고 말했다. '배터리 삼각벨트를 가다' 글 싣는 순서 ■ 한국판 IRA 왜 필요한가 1-1 인구 7만 읍이 글로벌 허브로…K-배터리 심장 '오창' 가보니 1-2 K-배터리, 한국엔 껍데기만 남을라…"골든타임 놓치지 말아야" ■ 中 저가 공세 맞설 K-밸류체인 갈 길 멀다 2-1 이차전지 전주기 공급망 전진기지 '새만금' 드리운 명과 암 2-2 전세계 '광물·제련' 中 손아귀…K-배터리 해법 있나 2-3 배터리 공급망 없이 에너지 안보도 없다…"탈중국이 경쟁력 관건" ■ 초격차 위한 차세대 배터리 뭉쳐야 산다 3-1 “각개전투 R&D 효율 낮아…K-배터리, 선의의 경쟁 속 힘모아야” 3-2 차세대 'K배터리' 성패 가를 정책 포인트 두 가지

2025.10.01 10:20김윤희 기자

"각개전투식 R&D 효율 낮아…K-배터리, 선의의 경쟁 속 힘 모아야"

이재명 정부가 국정과제로 낙점한 '배터리 삼각벨트'는 충북 오창·전북 새만금·경북 포항을 잇는 이차전지 거점을 연결해 우리 국토의 균형 발전과 K-배터리 산업의 글로벌 경쟁력을 강화하겠다는 전략을 담고 있다. 그러나 미국 트럼프 행정부의 불확실한 정책기조와 중국 저가 공세 속에 국내 기업들은 ▲위기 헷징 ▲밸류체인 안정화 ▲차세대 기술 확보라는 생존 과제에 직면해 있다. 지디넷코리아는 정책 공약의 성공조건과 필요성을 짚어보고, 산업과 지역 현장의 목소리를 총 7편에 걸쳐 담았다. [편집자주] 중국의 추격과 시장 침체, 그리고 천문학적인 소요 자금 등 여러 어려움 속에서도 차세대 배터리 개발을 향한 한국 기업들의 노력은 쉴 틈이 없다. 24시간 긴장감이 감도는 미래 배터리 개발 현장에서 치열한 경쟁을 넘어 우리 기업들이 위기 돌파를 위한 협력과 지혜를 모아야 한다는 목소리가 나오는 이유다. 송준호 한국전자기술연구원 배터리산업지원센터장은 "선의의 경쟁 속에 무엇보다도 협력이 필요하다"고 강조했다. 송 센터장이 이끄는 '충북특화단지 배터리산업지원센터'는 지난 4월 문을 열었다. 이차전지 소재·부품 분석부터 셀·모듈·팩 제조, 성능 평가, 재사용·재활용까지 배터리 생애 전주기를 아우르는 인프라를 갖추고 있다. 국내 최대 규모를 자랑하는 이곳은 이차전지 기업들의 연구개발과 사업화를 지원하기 위해 만들어졌다. 송 센터장은 오랜 기간 다양한 기업들과 R&D 과제를 진행한 경험을 갖고 있다. 그는 기술 개발이 깊어지면 깊어질수록 공동 협력을 꺼리는 가장 큰 이유를 '경쟁 심화'로 꼽았다. 송 센터장은 "중국 기업과의 경쟁이 아니라 국내 배터리 3사간 경쟁이 심했다"며 "특히 과거 LG화학(현 LG에너지솔루션)과 SK이노베이션(현 SK온) 기술 유출 분쟁 이후 인력 이동도 서로 눈치를 보는 상황"이라고 진단했다. 이어 "3~4년전만 해도 배터리 관련 인력을 대규모로 채용하고, 정부가 주도하는 대형 과제에 3사가 협업해서 참석해달라고 요청하면 '바빠서 못한다'고 했지만, 지금은 달라졌다"며 "이제는 배터리 3사가 '정부 지원이라도 받아야겠다'고 말하는 상황"이라고 말했다. 송 센터장은 협력과 보안의 경계 설정이 중요하다고 강조했다. 그는 "일대일 경쟁도 힘든데 중국 CATL과 BYD를 이기려면 선의의 경쟁 속에 협력이 필요하다"며 "기술 공유를 어디까지 할 지 잘 구분해서 국내 기업들이 협력해야 한다"고 제언했다. "영남권 배터리 연구 역량 묶어야…공용 테스트베드 필요" 기업뿐 아니라 전국에 흩어져 있는 정부 출연 연구기관이 각개전투식 R&D가 아니라 지역별 주요 기업과 출연연들이 협력해야 의미 있는 결과를 만들 수 있다는 목소리도 적지 않다. 경남 창원 전기연구원에서 만난 하윤철 차세대전지연구센터장은 "차세대 이차전지 연구가 정체되고 돌파구가 잘 보이지 않는 이유는 대기업과 정부 산하 연구원들이 따로 놀고 있어서다"며 "수요 기업들이 코칭해줄 수 있는 구조가 아니라 연구원들이 문제를 내고 풀다 보니 샘플 공급 수준에 그친다"고 지적했다. 이어 "기업이 소재를 개발했다면, 손톱만한 셀이 아니라 실제 생산라인에 태워 전지가 성능이 나와야 소재가 쓰일 수 있다"며 "이를 검증할 수 있는 기반구축 사업이 필요하다"고 강조했다. 기업과의 협력을 위해서는 '테스트 베드' 역할을 할 수 있는 인프라가 필요한 셈이다. 하 센터장은 "기업 입장에서는 당장 돈이 되지 않는데 몇백억이나 드는 생산라인을 선뜻 설치하기 쉽지 않다"며 "정부가 라인을 만들어주고, 대기업부터 소부장 기업들이 함께 실증할 수 있는 이른바 공용 테스트베드가 필요하다"고 제언했다. 이어 "정부가 기반 구축 사업으로 만든 센터 중 수익을 내지 못해 멈춰선 곳들이이 적지 않다"며 "기업들이 돈을 내고 와서 쓸 정도로 설계를 잘 해야하며, 인하우스에서만 하는 연구가 아닌 외부에서 공유하는 라인들이 있어야 선도하는 기술툴을 개발할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 아울러 진주·창원·부산·울산·포항·대구를 전략적으로 엮어 소재 원료부터 애플리케이션까지 연결하는 체계를 정부와 기업이 공동 펀딩해, 차세대 전지 기업의 마더라인 구축을 지원하는 방안도 제시했다. 하 센터장은 "영남권을 산업 벨트로 몰아서 배터리뿐 아니라 잘 할 수 있는 사업들을 몰아서 베터리 셀과 모듈, 자동차와 미래 모빌리티까지 연계해 할 수 있는 산업이 나올 수 있도록 해야 한다"고 부연했다. R&D 지원 끊겨선 안 돼…R&D 투자 환급도 필요 정권 교체에 따라 첨단산업 R&D 지원이 들쑥날쑥해서는 안 된다는 의견도 들린다. 송준호 센터장은 "소재사가 배터리 셀사에 납품을 하려면 내부 검증 등을 거치느라 10년 이상이 걸린다"며 "정권에 따라 돈(R&D 지원금)이 들어오는 것이 아니라, 끊기지 않는 것이 중요하다"고 했다. 이어 "리튬 가격이 갑자기 올라도 눈먼 돈이 되듯이 갑자기 R&D를 늘리는 것보다는 3~4년 장기적으로 안정적인 속도로 유지시켜 나가는 것이 더 좋다"며 "배터리 R&D에서 가장 중요한 것은 인력 양성으로, 향후 기술 유출 문제도 불거질 수 있기 때문에 고급 인력을 정부에서 키워주는 것이 필요하다"고 강조했다. 그는 기업들이 적극적으로 R&D에 투자할 수 있도록 투자금을 일부 직접 환급해주는 정부 지원 필요성도 언급했다. 송 센터장은 "해외 생산을 막을 수 없다면, R&D 투자 세금을 직접 환급해주는 것은 충분히 고려할 만한 사안"이라며 "정부가 R&D 투자에 대한 혜택을 기업들에게 강하게 준다면 인력 채용에도 도움이 될 것"이라고 덧붙였다. 차세대 배터리, '게임 체인저' 아냐...AI 시대 연구도 똑똑하게 정부는 올해 전고체 배터리를 차세대 국가 전략 기술로 규정하고, 대규모 연구개발 지원 체계를 본격 가동하고 있다. 업계에서 전고체를 배터리 산업의 판도를 흔들 '게임체인저'로 보는 시각에 대해선 신중론이 제기되기도 한다. 송 센터장은 "게임체인저는 앞선 것을 대체·소멸시킬 때 쓰는 표현이라 적절하지 않다"며 "리튬이온 배터리로 넘어왔다고 해서 납축전지가 사라지지 않았듯이, 리튬이온배터리도 충분히 매력적으로 성장하면서, 차세대 배터리도 동반 성장하는 것"이라고 설명했다. 이어 "전고체 배터리가 기존 리튬이온 배터리 시장을 침범하는 형태로 가는 것은 현실적으로 어렵다"며 "범용보다는 선제적으로 들어갈 수 있는 초고급차 등 프리미엄 영역에서 선제 적용될 것"이라고 전망했다. 그는 인공지능(AI) 시대를 맞아 R&D 연구에 AI 기술을 접목하는 방식도 적극적으로 고민해볼 지점이라고 제언했다. 송 센터장은 "배터리 기업들은 해외 생산라인 운영에 고민이 있다"며 "전체 공정에서 스마트팩토리가 깔려야 생산성을 높이는 기술을 해외에도 적용할 수 있도록 시스템을 만드는 것도 필요하다"고 언급했다. 이어 "제조 공정에서 문제가 발생했을 때 곧바로 셧다운하면 손해가 큰데, 비전 센서를 붙여서 실시간으로 틀어진 부분을 재정렬하는 기능을 도입하면 불량률을 최소화하고 수율도 극대화할 수 있다"고 덧붙였다. 송 센터장은 배터리 판가에 수율이 중요한 만큼, 공정별로 디지털트윈 가상화 모델을 만들어 생산성 향상을 지원하는 과제를 준비 중이라고 밝혔다. 하 센터장 역시 AI를 활용한 R&D 자동화 필요성을 언급했다. 그는 "연구원에서 정직원 비율을 유지하려다 보니 학생 인원 수에 제한이 있다"며 "이렇게 해서는 중국과 경쟁이 어려울 것이라는 생각이 든다"고 일침했다. 이어 "학생처럼 연구를 수행할 수 있는 '학생 로봇 또는 연구원 로봇'을 만들어 자율실험실을 만드는 방향으로 가야한다"며 "AI가 논문과 특허를 빠르게 읽고 피드백을 받아서 24시간 지속적으로 일할 수 있어야 생산성을 향상할 수 있기에, 배터리 연구에 특화된 AI를 개발하는 것도 필요해 보인다"고 제언했다. '배터리 삼각벨트를 가다' 글 싣는 순서 ■ 한국판 IRA 왜 필요한가 1-1 인구 7만 읍이 글로벌 허브로…K-배터리 심장 '오창' 가보니 1-2 K-배터리, 한국엔 껍데기만 남을라…"골든타임 놓치지 말아야" ■ 中 저가 공세 맞설 K-밸류체인 갈 길 멀다 2-1 이차전지 전주기 공급망 전진기지 '새만금' 드리운 명과 암 2-2 전세계 '광물·제련' 中 손아귀…K-배터리 해법 있나 2-3 배터리 공급망 없이 에너지 안보도 없다…"탈중국이 경쟁력 관건" ■ 초격차 위한 차세대 배터리 뭉쳐야 산다 3-1 “각개전투식 R&D 효율 떨어져…선의의 경쟁속 힘 모아야” 3-2 차세대 'K배터리' 성패 가를 정책 포인트 두 가지

2025.09.29 15:53류은주 기자

초경량 차세대 태양전지 55억 원에 "우주로"

정부출연연구기관이 개발한 차세대 초경량 태양전지 기술이 우주 전문 기업으로 이전됐다. 한국에너지기술연구원은 27일 부산 벡스코에서 열린 '기후산업국제박람회'에서 우주 태양전지 전문기업 플렉셀스페이스와 초경량 유연 CIGS태양전지 공정 기술과 노하우를 55억 원에 기술이전했다고 밝혔다. CIGS 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 화합물 반도체다. 빛을 효과적으로 흡수해 박막형 태양전지에 최적화된 소재로 꼽힌다. 높은 변환 효율과 화학적 안정성을 갖춰 유리 기판뿐 아니라 다양한 경량·유연 기판에도 적용할 수 있다. 우주용 태양전지는 극한의 우주 환경을 견뎌야 하기 때문에 일반적인 실리콘 태양전지 대신 III-V(갈륨-비소)계 다중접합 태양전지가 주로 사용됐다. 그러나 이 다중접합 태양전지 기술은 미국, 독일 등 일부 국가와 기업이 과점한 상태다. 플렉셀스페이스는 이에 에너지연이 보유한 초경량·유연 CIGS 태양전지 기술을 이전 받아, 소형위성 수명과 성능에 최적화된 초경량 박막 이중접합 태양전지를 공동 개발한 것. 기존 III-V 기반 우주 태양전지 대체시장 개척도 함께 해나가기로 했다. CIGS계 태양전지는 열충격과 방사선에 강하다. 또 초경량 유연 기판 위에 제작할 수 있어 무게와 부피 제약이 큰 인공위성에 수납하기에도 적합하다. 연구팀은 "박막형 태양전지는 대량 생산과 저비용 공정이 가능해 고가 III-V계 우주 태양전지를 대체할 차세대 후보로 주목받고 있다"고 말했다. 에너지연은 그동안 시장적기진입과제 프로젝트를 추진했다. 이 프로젝트 수행 결과물로 세계 최고 수준의 극한 환경용 고성능 초경량 유연 CIGS 태양전지(효율 21.39%)와 초경량 유연 CIGS/페로브스카이트 이중접합 태양전지(효율 23.64%)를 개발했다. 에너지연은 기업 수요 기반으로 기술 간 융합, 스케일업을 추진하는 R&D 과제를 추진해왔다. 지난 2024년부터 총 37건의 시장적기진입과제를 추진, 기술이전 대형 1건을 포함한 총 6건의 성과(총 75억 원 규모)를 올렸다. 또 기술 창업 1건을 완료하고, 현재 5건의 기술이전을 논의 중이다. 플렉셀스페이스는 에너지연의 지원을 받아 우주용 CIGS/페로브스카이트 이중접합 태양전지를 구현하고 실제 위성 적용을 위한 설계 및 생산성 향상 기술 개발을 추진한다. 또 소형위성용 우주 태양전지 시장에서 기존 III-V계 제품을 대체하기 위한 전략을 마련, 세계 우주 시장에 뛰어들 계획이다. 특히, 양 기관이 개발한 태양전지는 올해 11월 발사 예정인 누리호 4차와 연계해 실제 우주 환경에서 실증을 진행한다. 누리호 4차에 탑재되는 큐브위성 'INHARoSAT'(인하대학교 제작)에 공동 개발한 태양전지를 부착, 신뢰성을 검증하고 우주 임무 수행 경험을 확보할 계획이다. 에너지연 이창근 원장은 “우주용 초경량·유연 박막형 태양전지는 뉴 스페이스 시대에 대응하고, 대한민국 우주 안보를 뒷받침할 핵심 부품 기술”이라며, “이번 협력을 통해 차세대 우주 태양전지 시장 개척의 중요한 발판을 마련할 것”이라고 밝혔다. 플렉셀스페이스 노신영 이사는 “플렉셀스페이스는 차세대 고성능 박막 다중접합 태양전지를 통해 급성장하는 우주 태양전지 시장에 혁신적인 솔루션을 제공하고, 향후 양산을 대비한 성능 및 생산성의 지속적 개선을 통해 글로벌 경쟁력을 확보할 것"으로 기대했다. 한편 에너지연은, 이날 태양전지 기술이전을 포함해 ㈜상원이앤아이에 이산화탄소 포집 공정 기술, ㈜이삭에너지에 태양광열 복합 모듈 기술, 크린테크(주)에 열회수 환기장치 기술이전 계약을 체결했다.

2025.08.27 17:40박희범 기자

KETI·성균관대, 전고체 전지 충방전 속도·수명 개선 핵심기술 개발

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 성균관대 김영준 교수 연구팀과 함께 전고체 전지의 충·방전 속도와 수명 개선을 위한 핵심 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 전고체 전지 전극은 일반적으로 활물질·고체 전해질·도전재를 혼합해 구성되지만, 고체 전해질 함량이 증가하면 이온 전도성은 높아지나 전자 이동이 저하하고, 도전재인 카본 블랙의 함량이 증가하면 전자 전도성은 향상되나 이온 이동이 제한돼 이온과 전자 전도성을 동시에 극대화하는 것이 주요 기술적 과제로 지적돼 왔다. KETI 차세대전지연구센터와 성균관대학교 나노과학기술원 김영준 교수 연구팀은 고체 전해질과 탄소나노섬유(CNF)를 함께 합성하는 방식을 개발함으로써 전고체 전지의 이온과 전자 전도성을 동시에 향상하고, 충·방전 속도와 수명이 개선됨을 확인했다. 연구진은 고체 전해질 합성 과정에서 CNF를 균일하게 분산시키는 기계적 밀링과 열처리 공정을 적용한 복합화 방식을 적용했다. 기술 개발을 주도한 김경수 박사(KETI 수석연구원)는 “이 기술은 기존 고체 전해질 합성 공정에 CNF를 추가하는 비교적 단순한 방식으로 구현돼 상업적 적용이 용이할 것으로 기대된다”며 “센터는 연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 성능 극대화를 위한 요소 기술 개발에 집중할 계획”이라고 밝혔다. 황화물계 고체 전해질은 이온 전도도가 높지만 탄소와의 산화반응으로 충·방전을 반복 하면 성능이 저하하는 문제가 있었으나, 이번 기술을 적용하면 100회 충·방전 후에도 용량 유지율이 기존 대비 35% 향상되는 것으로 확인됐다. 송준호 KETI 차세대전지연구센터장은 “연구진은 차세대배터리 소재와 전극 기술부터 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하는 한편, 충청북도 오창에 리튬 이차전지 및 전고체 전지 평가·분석 시설 구축을 추진하고 있다”며 “KETI는 배터리 분야 국내 핵심 거점으로서 전고체 전지 상용화 연구에 주력하겠다”고 밝혔다. 한편, KETI의 연구 성과는 재료화학 분야 국제학술지인 '재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A, IF=10.7)' 최신호에 게재됐다. 연구는 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업 지원을 받아 수행됐다.

2025.03.14 18:59주문정 기자

1조분의 1초에 사라지는 빛…전기로 증폭·변환 첫 성공

국내 연구진이 플라즈모닉 금속 나노 구조체에서 피코초(1조분이 1초)동안 존재하다 사라지는 빛을 전기 및 화학 에너지로 변환하는 방법을 찾았다. 차세대 태양전지나 광촉매, 수소 생산 등에 응용이 가능할 전망이다. KAIST(총장 이광형)는 화학과 박정영 석좌교수 연구팀은 핫홀(hot hole) 흐름을 증폭시키고 이를 실시간 국소 전류 분포 맵핑을 통해 광전류 향상 메커니즘을 성공적으로 규명했다고 12일 밝혔다. 이 연구는 인하대 신소재공학과 이문상 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다. 빛이 금속 나노 구조체에 닿으면 순간적으로 생성되는 플라즈모닉 핫전하(plasmonic hot carrier)는 광에너지를 전기 및 화학에너지 같은 고부가가치 에너지원으로 변환하는 중요한 매개체이다. 이 중 핫홀(hot hole)은 광전기화학 반응에 효율을 증폭시키지만 피코초(1조분의 1초) 수준의 극초단 시간 내에 열적으로 소멸되어 실용적인 응용이 되기 어려웠다. 연구팀이 바로 이 핫홀을 더 오래 유지하고 흐름을 증폭시키는 기술을 개발한 것 연구팀은 금속 나노 그물망을 특수한 반도체 소재(p형 질화갈륨) 기판 위에 배치한 나노 다이오드 구조를 만들어 기판 표면이 핫홀 추출을 촉진하도록 설계했다. 그 결과, 핫홀 추출 방향과 동일한 질화갈륨 기판에서는 다른 방향의 질화갈륨 기판보다 핫홀의 흐름 증폭 효과를 약 2배 증가시켰다. 또한, 핫홀의 흐름이 주로 금 나노 그물망에 빛이 국소적으로 집중되는 '핫스팟' 에서 강하게 활성화되지만, 질화갈륨 기판의 성장방향을 바꿈에 따라 핫스팟 이외의 영역에서도 핫홀의 흐름이 활성화되는 현상을 확인했다. 박정영 교수는 “나노 다이오드기법을 이용해 핫홀의 흐름을 처음으로 제어했다"며 "이를 이용하여 다양한 광전소자 및 광촉매 응용에 혁신적인 기여를 할 수 있을 것"으로 예상했다. 박 교수는 "태양광을 이용한 에너지 변환 기술(태양전지, 수소 생성 등)에 획기적인 발전을 가져올 것"이라며 "실시간 분석 기술을 개발, 초소형 광전소자(광센서, 나노 반도체 소자) 개발에 응용이 가능하다”고 말했다.

2025.03.12 08:57박희범 기자

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