배터리의미래

미국 조지아공대(Georgia Tech) 이승우 교수 연구팀이 '꿈의 배터리 기술'로 불리는 전고체 배터리 개발을 앞당길 수 있는 전해질을 개발했다고 12일(현지시각) 밝혔다.이승우 교수에 따르면 카이스트대 김범준 교수(생명화학공학) 연구팀과 공동 연구를 통해 새로운 개념의 '엘라스토머 고분자 전해질'을 개발하고, 이를 기반으로 세계 최고 성능의 '전고체 전지'를 구현해냈다.조지아공대 이승훈 연구원과 카이스트 한정훈 연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 논문은 12일 국제학술지 '네이처(Nature)' 지를 통해 공개됐다. (논문명: Elastomeric electrolytes for high-energy solid-state lithium batteries).'전고체 리튬메탈전지(all-solid-state Li-metal battery)'는 이차전지에 사용되는 휘발성이 높은 액체 전해질을 고체로 대체한 것이다. 지속적으로 문제가 되고 있는 전기차 화재 사고나 관련 안전사고를 막을 수 있는 기술이다. 현재 상용화된 리튬이온전지(Li-ion battery)에 비해 에너지 밀도를 획기적으로 향상시켜 자동차 주행거리를 늘리고, 안전 문제를 해결할 수 있다는 측면에서 '꿈의 배터리' 기술로도 불린다.공동 연구팀이 개발한 고분자 전해질은 상온에서 리튬(Li) 이온의 전도도가 탁월하고, 기계적 신축성이 모두 확보된 엘라스토머(고무) 형태로 만들어졌다. 이를 전고체 전지에 적용, 410Wh/kg의 세계 최고성능을 보이는 전고체 리튬 메탈전지를 구현해냈다.연구팀은 "이 기술을 도입하면 현재 한번 충전으로 800km까지 주행 가능한 전기자동차를 만들 수 있을 것"이라고 기대했다. 현재는 500km까지 주행할 수 있다. 특히 기존의 액체 전해질을 적용한 리튬이온 전지의 안전성을 획기적으로 개선할 수 있을 것이라고 덧붙였다. 비용적인 측면에서도 기존의 단점을 보완했다. 대개 고체 전해질은 크게 고분자 기반, 산화물 기반, 황화물 기반의 전해질로 나뉜다. 현재 황화물 기반에서 가장 활발한 연구가 되고 있으나, 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다.그러나 고분자 기반 고체 전해질은 원료가 매우 저렴하고, 저온에서 대량생산 공정이 가능하다. 또 가볍다는 장점도 있다. 그러나 여전히 상온에서 낮은 이온전도도를 가지는 문제점이 있고, 전지를 충전하거나 방전될 경우 안정성이 떨어진다.이에 연구팀은 고무처럼 신축성이 탁월한 엘라스토머 내부에 리튬 이온 전도도가 매우 높은 플라스틱 결정 물질을 3차원적으로 연결, 엘라스토머 고분자 고체 전해질을 만드는데 성공했다. 이승우 교수는 이와 관련, "이 전해질은 기존에 사용되고 있는 대표적인 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 기반의 고분자 전해질과 비교해 100배 정도 향상된 10-3 S/cm의 이온전도도를 가진다"고 강조했다. 이뿐만 아니라 고무처럼 신축성이 탁월한 전해질을 통해 전지 충‧방전 시 안정성에 가장 큰 문제를 일으키는 리튬 덴드라이트(dendrite)의 성장을 억제해 안전성을 높인 것도 획기적인 성과다. 연구팀은 "새로운 고분자 전해질은 얇은 리튬금속 음극과 니켈 리치 양극(NCM-Ni83)으로 구성된 전고체 전지내 4.5V 이상의 고전압에서도 안정적인 구동을 보였다"라며 "410Wh/kg 이상의 세계 최고의 에너지밀도를 보였다"고 설명했다. 공동연구팀은 이번 연구가 꿈의 배터리로 불리는 '전고체 배터리' 개발을 더욱 앞당길 수 있는 계기가 될 것으로 기대했다.이승우 교수는 "이번 연구를 통해 개발한 엘라스토머 전해질은 기존의 고체전해질이 가진 문제점을 획기적으로 개선했다"며 "제조 공정이 매우 간단하기 때문에 전고체 전지에 들어가는 전해질 분야의 '게임체인저'가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.또 김범준 카이스트대 교수는 "엘라스토머 전해질이라는 기존과는 완전히 다른 새로운 종류의 고체 전해질을 개발해 소재 원천 기술을 확보했다는 데 큰 의미가 있다"라고 덧붙였다.이승우 조지아공대 교수는 서울대 화학공학과에서 학부 과정을 마치고 MIT에서 박사학위를 취득했다. MIT에서 박사 후 연구원을 마친 뒤 지난 2013년부터 조지아 공대 기계공학과 교수로 재직 중이다. 주요 연구 분야는 에너지 저장 및 변환 기술과 수소를 발생시키는 전기 촉매 연구 등이다.한편 이번 연구에는 한국연구재단의 중견도약연구사업, 미래소재디스커버리 사업, 기초연구실지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 또 한국화학연구원 김병각 박사, 한국에너지기술연구원 정규남 박사가 공동연구에 참여했다.

SK이노베이션이 미국 내 배터리 시장 선점을 위해 공격적인 투자를 단행한다.27일(현지시각) 미 경제매체 CNBC에 따르면 SK이노베이션과 포드는 총 114억 달러(13조 4600억 원)를 투자해 미국 내 3곳에 배터리 공장을 건설한다. 포드는 이 중 70억 달러를 투자하고, SK이노는 44억5000만 달러(5조 1000억 원)를 투자한다. SK이노베이션과 포드는 지난 5월 합작법인인 '블루오벌SK'를 설립하기 위한 양해각서(MOU)를 체결한 바 있다.합작사의 배터리 공장은 켄터키주 글렌데일(2개 공장)과 테네시주 서쪽 스탠턴 지역에 들어설 예정이다. 투자액의 절반인 58억 달러는 글렌데일에 있는 두 공장에, 56억 달러는 테네시 공장에 투입된다.3개 공장의 생산능력은 129GWh((기가와트아워)에 달한다. 이는 연간 100만대의 포드 전기차에 전력을 공급할 수 있는 수준이다. 또 SK이노가 조지아에 건설 중인 두 곳 공장과 합하면 미국에서만 약 150GWh의 생산능력을 확보하게 된다.짐 팔리 포드 CEO에 따르면 3600에이커 규모의 테네시 공장은 '블루오벌 시티'라는 이름으로 조성된다. 이곳에는 배터리 공장과 함게 F시리즈 전기 트럭 조립라인과 재활용 센터 등도 함께 들어선다. 켄터키 1공장은 오는 2025년, 2공장은 2026년에 양산을 시작할 예정이다.팔리 CEO는 CNBC와의 전화 인터뷰에서 "이번 투자 계획은 새로운 포드에 대한 것"이라면서 "이번 투자를 통해 미국 내 1만 1000여 개의 신규 일자리를 창출하게 될 것"이라고 기대감을 내비쳤다. 또 김유석 SK이노베이션 글로벌 마케팅 총괄도 매체와의 인터뷰에서 "놀라운 프로젝트이며 빠르게 성장하는 미국 전기차 산업에 대한 포드의 야망을 보여주는 프로젝트"라고 설명했다.