LG ‘파우치 타입’… 세계 시장 점유율 1위‘니켈 85%’ 양산 땐 현재 2배 600㎞ 주행점유율 4위 삼성은 니켈 80% 유일 생산무게 10% 줄인 고밀도 모듈형 내년 양산최근 급성장 SK, 올 점유율 7위로 상승양극재 니켈 함량 90% 기술 세계 첫 개발정의선 현대자동차그룹 수석부회장의 ‘배터리 투어’가 7일 최태원 SK그룹 회장을 만나는 것을 끝으로 대미를 장식한다. 정 수석부회장의 세 차례 회동은 현대차그룹과 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 등 국내 배터리 3사 간의 협업을 강화할 뿐만 아니라 각 사의 배터리 기술 경쟁력을 직접 확인하는 기회가 됐다는 분석도 나온다. 6일 업계에 따르면 국내 배터리 3사의 세계 시장 점유율은 올해 1~5월 기준 30%를 돌파했다. LG화학이 24.2%로 1위를 차지했고, 삼성SDI는 6.4%로 4위, 최근 급성장세를 탄 SK이노베이션은 4.1%로 7위에 올랐다. 현재 전기차에는 리튬이온 배터리가 적용된다. ‘양(+)극재’에서 나온 리튬이온이 액체로 된 ‘전해질’을 통해 ‘음(-)극재’로 이동하면서 전기를 발생시킨다. 배터리의 성능은 양극재 소재인 니켈(N), 코발트(C), 망간(M), 알루미늄(A)의 비율과 밀도 등에 따라 달라진다. LG화학의 배터리는 공간 효율성이 떨어지는 원통형과 달리 납작한 ‘파우치’ 형태로 돼 있어 차량에 적용하기가 쉽다. 세라믹 소재로 코팅한 분리막은 LG화학만의 독보적인 기술이다. LG화학은 현재 니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%의 양극재를 사용한 ‘NCM622’ 배터리 생산에 집중하고 있다. 앞으로 니켈 함량을 70%로 늘린 ‘NCM712’를 양산할 계획이다. 2022년쯤 ‘NCMA’(니켈 함량 85% 이상) 배터리가 양산되면 전기차의 1회 충전 시 최대 주행거리는 기존 300~400㎞에서 600㎞로 훌쩍 길어질 것으로 보인다. LG화학의 배터리를 공급받는 브랜드로는 현대차를 비롯해 미국 제너럴모터스(GM), 포드, 독일 메르세데스벤츠, 폭스바겐, 포르쉐, 프랑스 르노, 스웨덴 볼보, 영국 재규어, 중국 지리차 등이 있다. 삼성SDI는 양극재가 니켈, 코발트, 알루미늄으로 된 ‘NCA’(니켈 80% 이상) 배터리를 유일하게 생산한다. 무게를 10% 줄이면서 용량은 높인 고밀도 모듈형 배터리를 내년부터 양산할 계획이다. 고밀도 배터리셀은 급속충전 20분 만에 80%를 충전할 수 있고, 최대 주행거리를 600㎞까지 늘려 준다. 특히 확장형 모듈은 배터리 용량이 커져도 폭발 위험성은 낮다. 삼성SDI는 독일 BMW와 2009년부터 파트너십을 맺어 왔고 앞으로 10년 더 공급한다. SK이노베이션은 2012년 ‘NCM622’ 배터리를, 2016년 ‘NCM811’ 배터리를 세계 최초로 개발해 현재 양산 중이다. 지난해에는 양극재 니켈 함량을 90%까지 높인 ‘NCM9 1/2 1/2’(구반반) 배터리 기술도 세계 최초로 개발했다. 이 배터리가 양산되면 전기차의 최대 주행거리는 700㎞에 달할 것으로 보인다. 공급사로는 기아차, 폭스바겐, 다임러, 페라리, 북경기차 등이 있다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

LG화학, 고성능 ‘파우치 타입’ 배터리삼성SDI, 고밀도 모듈형 배터리 생산SK이노, 니켈 90% 배터리 최초 개발 정의선 현대자동차그룹 수석부회장의 ‘배터리 투어’가 7일 최태원 SK그룹 회장을 만나는 것을 끝으로 대미를 장식한다. 정 수석부회장의 세 차례 회동은 현대차그룹과 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 등 국내 배터리 3사 간의 협업을 강화할 뿐만 아니라 각 사의 배터리 기술 경쟁력을 직접 확인하는 기회가 됐다는 분석도 나온다. 6일 업계에 따르면 국내 배터리 3사의 세계 시장 점유율은 올해 1~5월 기준 30%를 돌파했다. LG화학이 24.2%로 1위를 차지했고, 삼성SDI는 6.4%로 4위, 최근 급성장세를 탄 SK이노베이션은 4.1%로 7위에 올랐다. 현재 전기차에는 리튬이온 배터리가 적용된다. ‘양(+)극재’에서 나온 리튬이온이 액체로 된 ‘전해질’을 통해 ‘음(-)극재’로 이동하면서 전기를 발생시킨다. 배터리의 성능은 양극재 소재인 니켈(N), 코발트(C), 망간(M), 알루미늄(A)의 비율과 밀도 등에 따라 달라진다. 통상 니켈의 비중이 높아질수록 에너지 밀도가 높아져 성능이 향상되지만, 폭발 위험성도 함께 높아진다.LG화학의 배터리는 공간 효율성이 떨어지는 원통형과 달리 납작한 ‘파우치’ 형태로 돼 있어 차량에 적용하기가 쉽다. 세라믹 소재로 코팅한 분리막은 LG화학만의 독보적인 기술이다. LG화학은 현재 니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%의 양극재를 사용한 ‘NCM622’ 배터리 생산에 집중하고 있다. 앞으로 니켈 함량을 70%로 늘린 ‘NCM712’를 양산할 계획이다. 2022년쯤 ‘NCMA’(니켈 함량 85% 이상) 배터리가 양산되면 전기차의 1회 충전 시 최대 주행거리는 기존 300~400㎞에서 600㎞로 훌쩍 길어질 것으로 보인다. LG화학의 배터리를 공급받는 브랜드로는 현대차를 비롯해 미국 제너럴모터스(GM), 포드, 독일 메르세데스벤츠, 폭스바겐, 포르쉐, 프랑스 르노, 스웨덴 볼보, 영국 재규어, 중국 지리차 등이 있다. 삼성SDI는 양극재가 니켈, 코발트, 알루미늄으로 된 ‘NCA’(니켈 80% 이상) 배터리를 유일하게 생산한다. 무게를 10% 줄이면서 용량은 높인 고밀도 모듈형 배터리를 내년부터 양산할 계획이다. 고밀도 배터리셀은 급속충전 20분 만에 80%를 충전할 수 있고, 최대 주행거리를 600㎞까지 늘려 준다. 특히 확장형 모듈은 배터리 용량이 커져도 폭발 위험성은 낮다. 삼성SDI는 독일 BMW와 2009년부터 파트너십을 맺어 왔고 앞으로 10년 더 공급한다. SK이노베이션은 2012년 ‘NCM622’ 배터리를, 2016년 ‘NCM811’ 배터리를 세계 최초로 개발해 현재 양산 중이다. 지난해에는 양극재 니켈 함량을 90%까지 높인 ‘NCM9 1/2 1/2’(구반반) 배터리 기술도 세계 최초로 개발했다. 이 배터리가 양산되면 전기차의 최대 주행거리는 700㎞에 달할 것으로 보인다. 공급사로는 기아차, 폭스바겐, 다임러, 페라리, 북경기차 등이 있다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

한국지엠 디자인센터 주도로 디자인된 순수전기차동급 최초 전기차 전용 플랫폼 적용… 공간도 넓어 한국지엠 쉐보레가 9일 순수전기차 ‘볼트EV’ 2020년형을 출시하고 사전계약에 나섰다. 2020년형 볼트EV는 완전 충전 시 주행거리가 기존 383㎞에서 동급 최장인 414㎞로 31㎞ 늘어났다. 카허 카젬 한국지엠 사장은 “신형 볼트EV는 주행거리를 획기적으로 높여 전기차 소비자들이 우려하는 주행거리에 대한 두려움을 완전히 해소할 것”이라면서 “한국지엠 디자인센터 주도 하에 디자인된 볼트EV는 동급 유일 전기차 전용 플랫폼을 바탕으로 구현된 넓은 실내공간과 최적화된 주행성능은 물론, 전기차에 특화된 인포테인먼트 시스템과 편의 기능으로 소비자들에게 최고의 만족을 제공할 것”이라고 강조했다. 배터리 용량 업그레이드… ‘다이내믹 퍼포먼스’ 볼트EV에는 LG화학이 공급하는 288개의 리튬이온 배터리 셀로 구성된 66kWh급 대용량 신규 배터리 패키지가 탑재됐다. 이를 통해 동급 전기차 가운데 1회 충전 시 최장 주행거리인 414㎞를 달릴 수 있는 것은 물론, 급속충전 시 1시간 만에 배터리 용량의 80%를 충전할 수 있다. 황준하 지엠테크니컬센터코리아 전무는 “볼트EV는 배터리 에너지를 극대화해 소비자들이 안심하고 장거리 주행을 할 수 있는 모델”이라면서 “LG화학과의 협업을 바탕으로 한 최신 배터리 테크놀로지를 적용해 배터리 팩의 크기나 구조 변경 없이 획기적으로 1회 충전 주행거리를 늘릴 수 있었다”고 설명했다. 볼트EV에는 운전자가 능동적으로 회생 에너지 생성을 제어할 수 있는 ‘리젠 온 디맨드’ 시스템이 탑재됐다. 신개념 회생제동 방식인 ‘원페달 드라이빙’ 시스템도 적용돼 브레이크 페달을 조작하지 않고 가속 페달만으로 가속과 감속, 정차까지 조작할 수 있다. 파워트레인은 강력한 성능을 발휘하는 150kW급 고성능 싱글 모터 전동 드라이브 유닛이 탑재돼 204마력의 최고출력과 36.7㎏·m의 최대토크를 발휘한다. 정지상태에서 시속 100㎞에 도달하는 최단 시간은 7초다. 배터리 패키지는 주행 안정성을 확보할 수 있도록 차체 하부에 수평으로 배치해 무게 중심을 최대한 낮췄다. 전자정밀 기어시프트와 전기차에 최적화된 전자식 파워스티어링 시스템을 장착해 쉐보레 특유의 뛰어난 조향 능력을 선사한다.새로운 색상 추가… 첨단 편의 기능도 업그레이드 외장 색상과 디자인, 편의 기능도 한층 업그레이드됐다. 트레일블레이저에 적용돼 호평을 받은 ‘이비자 블루’와 새롭게 추가된 ‘미드나이트 블랙’ 등 총 6개의 색상 중 한 가지를 선택할 수 있다. 듀얼 포트 그릴에는 입체적인 디자인 패턴이 새롭게 적용됐다. 안전 품목으로는 주차 시 차량 주변을 실시간으로 보여 주는 ‘디지털 서라운드 비전 카메라’가 새롭게 적용됐다. 후방 카메라는 아날로그 방식에서 화질이 뛰어난 디지털 방식으로 업그레이드됐다. 이오나이저 기능은 실내를 쾌적하게 해준다. 저전력모드는 불필요한 시스템의 전원 사용을 제한해 주행 에너지를 극대화한다. 디스플레이 테마도 운전자 취향에 따라 설정할 수 있다. 첨단 안전 시스템으로는 ‘차선이탈 경고 및 차선유지 보조시스템’, ‘저속 자동 긴급제동 시스템’, ‘전방 보행자 감지 및 제동 시스템’, ‘스마트 하이빔’ 등 기존 모델에 탑재됐던 기능이 그대로 적용됐다. 타이어는 볼트EV 전용으로 개발된 미쉐린 셀프-실링 타이어를 기본으로 탑재했다. 타이어 내부에 도포된 실링제는 타이어 손상 시 자동으로 손상 부위를 메워준다. 전기차 전용 플랫폼 적용… 한층 넓은 실내·적재 공간 볼트EV는 국내 완성차 브랜드가 판매하는 전기차 가운데 유일하게 전기차 전용 플랫폼이 적용된 모델이다. 그 덕분에 타사 동급 차량과 비교했을 때 볼트 EV의 차체 크기는 작지만 실내 공간은 훨씬 넓다. 트렁크 공간도 준중형 SUV에 못지않게 넓은 편이다. 쉐보레는 전국에 98개의 볼트EV 서비스센터를 보유하고 있다. 배터리 방전 시 최대 5년간 무제한 무상 견인 서비스(편도 80㎞ 이내)도 제공한다. 이렇게 볼트EV의 상품성은 개선됐지만, 판매 가격은 인상되지 않았다. 정부와 지자체의 전기차 구매 보조금을 제외한 볼트EV의 가격은 ▲LT 4593만원 ▲LT 디럭스 4693만원 ▲프리미어 4814만원이다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

현대자동차그룹이 태양광 셀 제조업체 한화큐셀과 손잡고 전기차 중고 배터리를 활용한 에너지저장장치(ESS)를 공동으로 개발한다. 현대차그룹은 한화큐셀과 지난 29일 서울 중구 한화그룹 본사 사옥에서 ‘태양광 연계 ESS 공동 개발 및 사업 협력’을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 31일 밝혔다. 협약식에는 지영조 현대차그룹 사장과 김희철 한화큐셀 사장이 참석했다. 양사는 ▲전기차 재사용 배터리로 가정용·전력용 ESS 제품 공동 개발 ▲태양광 연계 대규모 ESS 프로젝트 공동 발굴 ▲한화큐셀 독일 연구소 내 태양광 발전소를 활용한 실증 등을 추진한다. 이를 통해 현대차그룹은 태양광 연계 ESS의 안정적인 판로를 확보하고 한화큐셀은 가격 경쟁력이 있는 ESS 패키지 상품을 공급할 수 있게 될 것으로 보인다. 리튬이온 배터리를 활용한 ESS 시스템은 초기 도입 비용이 비싼 편이다. 하지만 양사가 공동 개발하는 ESS는 전기차 배터리를 재사용하기 때문에 시스템 구축 비용을 많이 낮출 수 있고 대규모 보급이 가능하다. 이동형 전기차 배터리 충전소도 구현할 수 있다. 블룸버그 뉴에너지 파이낸스는 세계 ESS 시장 규모가 2017년 3GWh에서 2040년 379GWh로 20여년 만에 약 128배 성장할 것으로 전망했다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

현대자동차그룹이 태양광 셀 제조업체 한화큐셀과 손잡고 전기차 중고 배터리를 활용한 에너지저장장치(ESS)를 공동으로 개발한다. 현대차그룹은 한화큐셀과 지난 29일 서울 중구 한화그룹 본사 사옥에서 ‘태양광 연계 ESS 공동 개발 및 사업 협력’을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 31일 밝혔다. 협약식에는 지영조 현대차그룹 사장과 김희철 한화큐셀 사장이 참석했다. 양사는 ▲전기차 재사용 배터리로 가정용·전력용 ESS 제품 공동 개발 ▲태양광 연계 대규모 ESS 프로젝트 공동 발굴 ▲한화큐셀 독일 연구소 내 태양광 발전소를 활용한 실증 등을 추진한다. 이를 통해 현대차그룹은 태양광 연계 ESS의 안정적인 판로를 확보하고 한화큐셀은 가격 경쟁력이 있는 ESS 패키지 상품을 공급할 수 있게 될 것으로 보인다. 리튬이온 배터리를 활용한 ESS 시스템은 초기 도입 비용이 비싼 편이다. 하지만 양사가 공동 개발하는 ESS는 전기차 배터리를 재사용하기 때문에 시스템 구축 비용을 많이 낮출 수 있고 대규모 보급이 가능하다. 이동형 전기차 배터리 충전소도 구현할 수 있다. 블룸버그 뉴에너지 파이낸스는 세계 ESS 시장 규모가 2017년 3GWh에서 2040년 379GWh로 20여년 만에 약 128배 성장할 것으로 전망했다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

일본 경찰이 군사 목적으로도 사용할 수 있는 장비를 한국에 불법으로 수출한 자국 기업에 대해 수사를 벌이고 있다. 수사 시점이 한국 정부가 일본에 수출규제 문제에 대한 입장을 밝히라고 요구한 시한 종료 5일을 남긴 시기여서 관심이 집중된다. 일본 경시청은 26일 요코하마의 화공기업 오오카와라카코기의 오오카와라 마사아키 사장 등 3명을 체포했다고 교도통신과 NHK 등이 보도했다. 이들은 2018년 2월 수출규제 대상인 약 800만엔(약 9200만원) 상당의 고성능 분무 건조기(스프레이 드라이어) 제품 1세트를 당국의 허가 없이 한국의 한 대기업에 수출하며 외국환 및 외국무역법을 위반한 혐의를 받고 있다. 경시청은 스프레이 드라이어를 수입한 한국 기업이 이 장비를 리튬이온 전지 제조에 사용했을 가능성이 있는 것으로 보고 있다고 교도는 전했다. 경시청은 애초에 오카와라카코키가 이 장비를 중국에 무단 수출한 혐의로 수사에 착수했다가 제품이 한국에 수출된 혐의를 잡고 수사를 확대했다. 일본 정부는 지름 10마이크로미터(㎛) 이하의 입자를 만들 수 있는 스프레이 드라이어를 전략물자로 구분, 수출할 때 경제산업성의 허가를 받도록 규제하고 있다. 스프레이 드라이어는 액체를 뿌리고 건조해 분말로 바꾸는 장치로, 의약품이나 항공기 엔진 등을 제조할 때 쓰이지만 생화학 무기 등 군사 목적으로 전용할 수 있다는 우려도 있다. 앞서 오오카와라 사장 등은 2016년에도 이 제품을 중국 상하이의 독일계 업체에 허가 없이 수출하는 혐의로 체포된 적이 있다고 HHK가 전했다. 이번의 수사는 시점이 미묘하다. 한국 정부가 지난 12일 일본 정부에 5월 이내에 수출규제 조치에 대한 구체적 입장을 밝히라며 사실상 ‘최후 통첩’을 했다. 기한을 닷새 남겨둔 일본 당국이 이번 수사를 통해 한국이 전략물자 관리에 미흡했다며 역공을 취할 가능성도 제기된다. 이기철 선임기자 chuli@seoul.co.kr

이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대차그룹 수석부회장이 그제 만나 전기차 사업 분야에서 협력하기로 했다. 두 사람이 만난 삼성SDI 천안사업장은 차세대 전기차용 ‘전고체 배터리’ 기술개발의 현장이다. 기존 리튬이온 배터리 내부의 액체 전해질을 고체로 바꿔 안정성과 효율성을 높일 수 있다는 점에서 미래 핵심 기술로 꼽힌다. 2017년 기준 330억 달러(약 40조원)였던 배터리 세계시장 규모가 2025년에는 1600억 달러(약 196조원)로 커질 것으로 전망돼 ‘포스트 반도체’로 주목받고 있다. 또 전기차를 포함한 미래차 분야는 문재인 대통령이 지난 10일 취임 3주년 특별연설에서 강력히 육성하겠다고 한 ‘3대 신성장 산업’(시스템반도체, 바이오헬스, 미래차) 중 하나이기도 하다. 코로나19 사태로 경제 위기가 현실화되는 상황에서 세계 초일류 기업이자 국내 대기업 서열 1, 2위 그룹을 이끄는 두 사람의 만남에 지대한 관심이 쏠릴 수밖에 없는 이유다. 특히 4차 산업혁명 시대에서는 산업과 기술 간 융복합이 주요한 화두인 만큼 그동안 상호배타성을 바탕으로 경쟁에 익숙했던 국내 대기업이 협력을 기반으로 관계를 재정립하는 계기가 될 수 있다는 점에서 주목한다. 코로나19 사태 이후 글로벌 공급망 재편에 선제적으로 대비해야 한다는 점과 신산업 성장은 양질의 일자리 창출로 이어질 수 있다는 점에서 각각 충분한 기대를 갖게 한다. 게다가 여당인 더불어민주당은 대기업이 국내 벤처기업에 적극 투자할 수 있도록 규제를 완화하는 방안을 추진하기로 했다. 대기업 지주회사가 벤처캐피탈을 계열사로 둘 수 없도록 한 공정거래법을 바꿔 ‘기업주도형 벤처캐피탈’(CVC)을 만들 수 있도록 한다는 게 핵심이다. 그동안 국내 대기업들은 막강한 현금 동원력에도 불구하고 갖가지 규제 탓에 벤처 투자에 소극적일 수밖에 없었다. 연구개발(R&D)을 활성화해도 투자·회수 시장을 제대로 구축하지 못하면 외국자본에 비해 국내자본이 역차별을 받는다. 이는 배달 애플리케이션인 ‘배달의민족’을 독일계 딜리버리히어로(DH)가 인수하는 과정에서도 드러났다. 신성장 분야에서 강점을 갖춘 국내 대기업과 대기업 간의, 또 대기업과 유명한 벤처기업 간 합종연횡은 세계 시장을 한국이 선도하기 위한 과정으로 인식해야 할 때다. 선진국의 기술과 자본, 개발도상국의 저렴한 노동력에 기반한 ‘글로벌 가치사슬’에 기댄 20세기형 성장 공식이 깨지고 있다. 이런 새로운 가치사슬을 국내서 생성하려면 정부도 규제를 정비하고 지원을 강화하는 방식으로 적극 뒷받침해야 한다.

이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대자동차그룹 수석부회장의 지난 13일 단독 만남이 주목받는 이유는 이들이 단지 국내 대기업 1, 2위 수장이기 때문만은 아닙니다. 현재 세계 전기차와 배터리 시장의 현황과 흐름을 이해한다면, 두 수장이 국내 주력 산업의 앞날을 훤히 꿰뚫어 보고 있고 이와 동시에 똑같이 위기감을 느끼고 있다는 점을 알 수 있습니다. ●전기차의 꿈 ‘전고체 배터리’… 日에 뒤져 전기차 산업은 자동차 뼈대를 만드는 자동차 제조사와 동력원인 2차전지를 만드는 배터리 제조사의 협업으로 굴러갑니다. 내연기관차는 자동차 업체의 엔진 기술력이 중요하지만, 전기차는 배터리 기술력이 7할 이상을 차지합니다. 아무리 자동차가 멋있어도 얼마 못 가 방전돼 버리면 무슨 소용이 있겠습니까. 이처럼 전기차 보급이 확대되면서 배터리의 중요도는 높아졌습니다. 자동차 업체에는 기술력이 뛰어난 배터리사와 손잡는 것이 경쟁력을 높이는 지름길이 됐습니다. ‘LG화학-제너럴모터스(GM)·현대차’, ‘파나소닉-테슬라·도요타’. ‘삼성SDI-BMW’, ‘SK이노베이션-폭스바겐’ 이런 짝짓기도 이미 이뤄진 상태입니다. 현재 배터리 제조사는 전기차용 ‘리튬이온 배터리셀’을 제조합니다. 시장은 LG화학과 일본 파나소닉, 중국 CATL의 3강 구도입니다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수시 충전이 가능하며 카드뮴, 납, 수은과 같은 환경오염 물질을 포함하지 않아 널리 사용되고 있습니다. 하지만 온도가 70℃ 이상 높아지면 폭발할 위험이 있고 전기차의 경쟁력 기준인 최대 주행거리가 짧다는 점이 한계로 지적되면서 이런 단점을 개선한 전고체 배터리가 전기차 시장에서 차세대 배터리로 부각되기 시작했습니다. 최대 주행거리가 휘발유, 경유를 가득 채웠을 때와 맞먹는 800㎞를 웃돌아 ‘꿈의 배터리’로도 불립니다. ●수소연료전지 개발까지 협업하길 문제는 일본이 전고체 배터리 개발에서 이미 한발 앞서 달리고 있다는 점입니다. 도요타는 당장 2022년에 전고체 배터리 자동차를 출시한다는데, 우리는 이보다 7~8년 뒤를 보고 있습니다. 이 부회장과 정 수석부회장의 ‘전고체 배터리 회동’에 마냥 박수만 보낼 수 없는 이유입니다. 앞으로 삼성과 현대차그룹이 ‘K배터리’ 드림팀을 꾸리고 전고체 배터리뿐만 아니라 수소연료전지 개발까지 협업하는 관계가 되길 바랍니다. 그러면 삼성SDI와 현대·기아차가 세계 배터리·자동차 두 시장을 동시에 석권하는 날이 올 수도 있지 않을까요. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

국내 연구진이 생체분자를 순식간에 얼려서 움직임을 파악할 수 있는 기술을 활용해 안터지는 안전한 배터리의 비밀을 풀어냈다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부, 한양대 에너지공학과 공동연구팀은 황화합물 고체전해질 구조를 원자 단위에서 분석함으로써 터지지 않는 배터리의 비밀을 푸는데 성공했다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 황화합물 고체전해질은 매우 민감해 내부 분자구조를 관찰하기 위해 전자빔을 조사하게 되면 쉽게 손상된다는 문제가 있다. 이에 연구팀은 이 물질을 영하 170도로 순식간에 얼려 공기와 접촉을 차단하는 방법으로 손상없이 분자구조를 관찰할 수 있게 된 것이다. 이번에 활용한 극저온 투과현미경은 수용액 속 생화학 분자를 영하 200도 이하의 극저온 상태로 급냉각시켜 정밀관찰하는 기술로 최근에는 코로나19 바이러스의 모양을 밝혀내는데 활용되기도 했다. 리튬이온배터리에서 이온이 지나는 통로인 전해질은 주로 액체 상태이기 때문에 폭발위험성이 크다. 이 때문에 고체 전해질을 활용하려는 시도가 많은데 고체전해질은 이온이 이동하기 쉽지 않다는 단점이 있어 배터리 용량과 수명이 떨어지게 된다. 연구팀은 액체질소로 황화합물 고체전해질을 순식간에 영하 170도로 냉각시켜 극저온 투과전자현미경 분석을 실시했다. 순간 냉각했기 때문에 높은 에너지를 갖는 전자빔을 쏘아도 전해질이 손상되지 않게 된다. 연구팀은 다양한 성분을 조합한 황화합물을 합성한 다음 열처리 온도를 다르게 한 다음 이온전도도를 측정했다. 그 결과 이온 전도도가 가장 높은 물질은 극저온 투과전자현미경 분석법으로 관찰한 결과 육각형 모양의 원자 배열이 확인됐다. 이현욱 UNIST 에너지및화학공학부 교수는 “이번에 활용한 기술은 공기와 접촉했을 때 반응성이 커지는 리튬이온배터리를 좀 더 안전하게 만드는데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “이는 2차전지 산업에 교두보 역할을 하고 바이오나 재료과학 산업 발전에도 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

차세대 ‘전고체배터리’ 전환 앞두고 협업 논의 ‘한국판 뉴딜’ 호응… 日의 상용화 움직임도 위협 현대·기아차, 삼성 SDI 배터리 주력 탑재 전망 국내 1, 2위 대기업 수장인 이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대차그룹 수석부회장이 13일 전기차산업 협업을 위해 처음으로 단독 회동했다. 이 부회장이 삼성SDI 천안 배터리 공장에 정 수석부회장을 초청하면서 만남이 성사됐다. 두 사람이 사업 목적으로 따로 만난 것도, 정 수석부회장이 삼성 사업장을 찾은 것도 처음이다. 두 사람은 이날 회동에서 전기차 차세대 동력원으로 주목받는 전고체배터리(SSB) 개발 현황과 전망에 대해 의견을 나눴다. 현대차에서는 알베르트 비어만 현대·기아차 연구개발본부 사장, 서보신 상품담당 사장 등이 함께 공장을 찾았고, 삼성에서는 전영현 삼성SDI 사장, 삼성종합기술원장인 황성우 사장 등이 이들을 맞았다. 황 사장은 전고체배터리 기술과 개발 동향을 브리핑했다. 이후 양사 경영진은 삼성SDI의 전기차 배터리 개발 현장을 둘러봤다. 이번 만남은 문재인 대통령이 취임 3주년 특별연설에서 ‘한국판 뉴딜’ 정책으로 시스템반도체, 미래차, 바이오헬스 등 3대 신성장 산업을 더 강력히 육성하겠다고 밝힌 지 사흘 만에 이뤄져 더 주목을 끈다. 글로벌 시장에서 ‘제2의 반도체’로 불리는 배터리 사업의 주도권을 잡기 위해 국내 간판 기업이 전략적 동반자가 되는 첫걸음일 수 있기 때문이다. 현재 세계 전기차 시장은 머지않아 ‘리튬이온 배터리’ 기반에서 ‘전고체배터리’ 기반으로 전환될 가능성이 크다. 특히 삼성SDI는 리튬이온 세계 배터리 시장에서 LG화학에, 현대·기아차는 전기차 시장에서 테슬라, 르노닛산 얼라이언스 등에 각각 밀리고 있어 삼성과 현대차그룹 간 ‘미래차 협업’의 필요성은 명확한 상황이었다.전고체배터리는 양극과 음극 사이의 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 전지다. 기존 리튬이온 배터리의 전해질은 가연성 액체여서 온도가 높아지면 폭발할 위험성이 컸지만, 전고체배터리의 전해질은 불연성 고체로 돼 있어 발화 가능성이 작다. 특히 전고체배터리는 부피를 절반으로 줄이면서 대용량 구현이 가능해 완전 충전 시 전기차의 최대 주행거리는 800㎞에 달한다. 하지만 전고체배터리 기술을 상용화하는 데에는 더 많은 시간이 필요한 것으로 알려졌다. 배터리 규격 국제 표준화를 비롯해 수명 예측 기술 개발 등이 아직 이뤄지지 않았기 때문이다. 삼성과 현대차 측도 전고체배터리의 상용화 시점을 2030년쯤으로 예상하고 있다. 이런 가운데 세계 리튬이온 배터리 시장에서 한국과 중국에 밀린 일본은 전고체배터리 상용화에 속력을 내고 있다. 특히 전기차 시장에서 테슬라에 밀려 구겨진 자존심을 회복하겠다고 단단히 벼르는 도요타는 전고체배터리를 탑재한 전기차를 2022년까지 출시한다는 목표를 세웠다. 일본의 이런 움직임은 삼성과 현대차에 위협이 될 수밖에 없다. 현대·기아차는 2025년까지 23종의 순수전기차와 21종의 하이브리드 전기차·수소차 등 총 44종의 친환경차를 출시할 계획이다. 하지만 이들 모델에도 기존 리튬이온 배터리가 계속 탑재될 것으로 예상된다. 현대차 관계자는 “이번 방문은 차세대 배터리 기술 방향성에 대한 의견을 교환하고 신기술 현황 등을 공유하기 위한 차원”이라고 말했다. 삼성 관계자는 “삼성의 전고체배터리는 구조적으로 단단하고 안정화돼 있는 차세대 배터리 기술 중 하나”라며 “모빌리티 분야에서의 혁신을 위해 양사 간 협력이 확대되기를 기대한다”고 말했다. 업계에서는 삼성과 현대차의 전략적 배터리 협업으로 전고체배터리의 상용화 시점을 앞당긴다면 한국이 미래차 시장의 지배자가 될 수도 있을 것으로 보고 있다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr정서린 기자 rin@seoul.co.kr [용어 클릭]■전고체배터리(Solid-state battery) 전지 내부 전기를 통하게 하는 전해질이 액체가 아닌 고체로 된 2차전지. 폭발 위험성이 낮고 수명이 길어 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 꼽힌다.

5만㎞ 타면 유지비 500만원 절약 ‘가성비 갑’엔진 소음 전혀 없어 자기부상차 같은 승차감전기모터 힘만으로 100㎞/ℓ 이상 주행 가능 ‘플러그인 하이브리드 전기차’(PHEV)가 궁극의 미래차가 될 수 있을까. PHEV는 전기를 구하기 힘든 오지에서 차량이 방전됐을 때 휘발유만 소량 구해도 탈출할 수 있다는 점에서 진정한 미래차라는 평가를 받고 있다. 머지않은 미래에 순수전기차(EV)가 아닌 PHEV가 대세가 될 것이란 전망도 나온다. 순수전기차 충전 인프라 확충이 더디다는 점과 석유 매장량을 고려했을 때 당장 내연기관차 시장이 소멸하진 않을 것이란 점도 ‘PHEV 대세론’에 힘을 싣는다. 물론 “PHEV가 전기차 시대로 진입하기 위한 디딤돌에 그칠 것”이란 전망도 없지 않다.내연기관·전기차 장점만 합쳤다 PHEV는 하이브리드카가 순수전기차에 더 가깝게 진화한 모델이다. 외부 충전이 불가능한 기존 하이브리드 모델과는 달리 전기차처럼 플러그를 꽂아 배터리를 충전할 수 있다. 하이브리드카는 소형 전기 배터리가 가솔린 엔진을 보조하는 수준이지만 PHEV는 대형 전기 배터리와 가솔린 엔진이 동등한 비율로 역할을 한다. 또 하이브리드카는 가속페달에서 발을 떼고 관성 주행을 할 때에만 엔진이 멈추고 전기 주행 모드로 전환되는 반면 PHEV는 전기모터의 힘만으로도 시속 100㎞ 이상 고속으로 달릴 수 있다. 특히 도심 주행에선 전기로만 달릴 수 있어 기름값을 많이 아낄 수 있다. PHEV로 연 5만㎞를 타면 휘발유차로 5만㎞를 탈 때보다 유지비를 500만원가량 절약할 수 있다고 한다. 이처럼 PHEV는 하이브리드 모델보다 400만~600만원가량 비싸지만 유지비가 적게 들기 때문에 가성비가 나쁜 편은 아니다.PHEV 도입에는 주로 수입차 브랜드가 발 빠르게 움직이고 있다. 특히 BMW는 PHEV를 향후 전기화 전략의 핵심 모델로 정할 정도로 많은 공을 들이고 있다. 2015년에는 PHEV 스포츠카 i8를 국내로 들여왔고 2018년 X5, 3시리즈, 7시리즈에 이어 최근 5시리즈와 X3에도 PHEV 모델을 추가했다. 올해 하반기에는 3시리즈와 X5의 신형 PHEV를 선보일 계획이다. 메르세데스벤츠는 E클래스와 C클래스, GLC클래스에 PHEV 모델을 보유하고 있다. 볼보도 XC60과 XC90의 PHEV 모델을 출시했다. 수입차들이 PHEV 시장 장악에 나서자 현대차도 준중형 스포츠유틸리티차(SUV) 투싼을 시작으로 PHEV 모델을 확대해 나갈 움직임을 보이기 시작했다. 현재 국산 PHEV는 현대차 아이오닉과 기아차 니로 단 두 종에 불과하다. 아직은 국산차 시장에서 PHEV가 주력 모델로 떠오르지 못했다는 의미다.BMW코리아는 지난달 28일 인천 영종도 BMW 드라이빙센터에서 ‘PHEV에 대한 오해와 진실’이라는 주제로 ‘오토 살롱’ 행사를 열고 PHEV 세단 뉴 530e를 소개했다. 530e는 12.0◇ 용량의 고전압 리튬이온 배터리를 탑재해 1회 충전 시 최대 39㎞ 거리를 전기의 힘만으로 주행할 수 있다. 전기 모드 최고 속력은 시속 140㎞에 달한다. 충전 시간은 가정용 소켓 이용 시 5시간, BMW 전용 충전기 ‘i월박스’로는 3~4시간 정도 걸린다. 최고출력은 전기모터가 113마력, 터보 직렬 4기통 가솔린 엔진이 184마력으로 시스템 합산 출력은 252마력에 달한다. 복합 연비는 16.7㎞/ℓ, 이산화탄소 배출량은 40g/㎞다. 고전압 리튬이온 배터리 탑재 뉴 530e 럭셔리 플러스 트림을 타고 BMW 드라이빙센터에서 출발해 인천국제공항 주변 약 55㎞ 거리를 시승했다. PHEV 모델인 만큼 말이 필요 없을 정도로 조용했다. 엔진 소음뿐만 아니라 풍절음 차단까지 완벽했다. 그러면서도 주행 성능은 폭발적이었다. 드라이브 모드는 ‘오토 e드라이브’, ‘맥스 e드라이브’, ‘배터리 컨트롤’ 등 3가지를 선택할 수 있었다. ‘오토 e드라이브’로 놓고 달리니 기존 하이브리드 모델처럼 전기 모터와 가솔린 엔진이 번갈아 가며 구동됐다. 전기 동력을 최대한 이용하는 ‘맥스 e드라이브’는 뉴 530e 주행의 백미였다. 가속페달을 강하게 밟아 속력을 올려도 엔진 소음이 전혀 없다 보니 마치 자기부상자동차를 타고 달리는 듯한 느낌이 들었다. 또 전기 모드에서 엔진 모드로 바뀌어도 엔진음이 크지 않아 어떤 모드로 달리고 있는지 알아채기가 쉽지 않았다. 계기판의 테두리 색상이 변하는 것으로 겨우 파악할 수 있었다. 그만큼 엔진과 전기모터의 구동 전환이 자연스럽고 부드러웠다. 전기 모드에서 엔진 모드로 넘어갈 때 시동을 거는 것처럼 ‘웽’ 하는 엔진 소음이 나는 국산 하이브리드 모델과는 확연한 차이를 보였다. 가솔린 엔진만 구동해 배터리를 충전하는 ‘배터리 컨트롤’ 모드로 전환하니 최대 주행거리는 쑥쑥 늘어났다. 운전자가 브레이크를 밟으면 배터리가 충전되는 회생제동 시스템도 가속과 제동이 급격하게 변하지 않아 편안한 주행을 할 수 있었다.뉴 530e의 배터리는 뒷좌석 바닥에 자리잡았다. 배터리가 차지하는 공간 때문에 트렁크는 다소 좁은 편이었다. 충전 소켓은 운전자가 탑승할 때마다 충전하는 것을 잊지 않도록 운전석 문과 앞바퀴 사이에 위치했다. 뉴 530e 럭셔리 플러스 판매 가격은 7660만원이다. 지난 3월 새로 출시된 530e M 스포츠패키지는 7850만원이다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

활성산소는 인체 노화와 각종 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다. 체내 활성산소가 많아지면 건강이 악화되는 것처럼 배터리에도 활성산소가 발생하면 수명과 성능이 급격하게 떨어지게 된다. 전기차나 드론 등에 쓰기 위해 고용량 리튬이온배터리를 개발하더라도 활성산소를 제대로 제거하지 못할 경우 원하는 성능과 수명에 못 미치게 된다. 국내 연구진이 배터리 속 활성산소를 제거할 수 있는 일종의 배터리용 항산화 물질을 개발해 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 연구팀은 리튬이온배터리 양극에서 만들어지는 활성산소와 배터리 전해질에 있는 수분을 제거해 수명과 성능이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전해액 첨가제를 개발했다고 30일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 실렸다. 전기자동차의 수요가 증가하면서 리튬이온배터리 용량과 수명을 늘리기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 배터리 용량을 키우기 위해 리튬이 많이 포함된 물질인 ‘리튬 리치 양극’을 사용하는 경우가 많은데 이 경우 충방전 반응 중 활성산소가 발생해 전해액을 분해하고 일산화탄소나 이산화탄소를 발생시켜 오히려 용량이나 수명을 떨어뜨리게 된다. 연구팀은 계산화학적 방법으로 기존 전해액에 말론산이 포함된 풀러렌(MA-C60)이라는 물질을 첨가하는 것만으로 이 같은 문제를 해결할 수 있음을 파악했다.이번에 개발한 MA-C60은 탄소 원자가 축구공처럼 이어진 풀러렌에 말론산을 결합한 물질로 전해액 속에 1% 정도만 첨가하더라도 활성산소를 제거해 전해액이 분해되는 것을 막아주는 역할을 한다. 사람의 몸 속 활성산소를 없애기 위한 항산화효소들처럼 MA-C60는 배터리 내 활성산소를 제거하는 항산화물질 역할을 하는 것이다. MA-C60는 전기 작동 중에 만들어지는 배터리 전해질 속 수분도 효과적으로 제거하는 것으로 확인됐다. 수분 역시 활성산소처럼 배터리의 수명과 성능을 단축시키는 주범으로 지목받아왔다. 최남순 교수는 “이번에 개발된 전해액 첨가제는 활성산소와 물을 제거할 뿐만 아니라 양극 표면에 보호막도 형성시켜 배터리 노화를 방지해준다”라며 “다양한 배터리 양극 소재에도 적용 가능해 고용량 전지의 성능과 수명을 효과적으로 개선하는 기술이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 고무줄처럼 늘어나는 신축성 있는 아코디언 형태의 리튬이온배터리를 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손정곤(사진) 박사팀은 신축성 있는 전극과 전해질을 개발해 쉽게 휘고 고무줄처럼 늘릴 수 있으며 용량도 큰 리튬이온배터리를 만드는데 성공했다고 31일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS나노’에 실렸다.스마트 밴드 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸 속에 삽입하는 이식형 의료전자기기 사용이 늘어나면서 신체의 굴곡이나 인체 장기에 맞게 쉽게 휘어지고 늘어날 수 있는 배터리의 필요성이 늘고 있다. 그렇지만 현재 사용되고 있는 리튬이온배터리는 전극소재가 단단하고 액체 형태의 전해질이 자칫 바깥으로 쉽게 새기 때문에 배터리를 늘리거나 휘어지게 만들기 쉽지 않다.이에 연구팀은 전도성이 높은 원자 두께의 그래핀과 탄소나노튜브를 사용해 신축성 있는 벌집 구조의 아코디언 형태의 배터리를 만들어 고무줄처럼 쉽게 휘고 늘릴 수 있도록 했다. 이번에 개발한 전지는 단순히 신축성만 높이기 위해 고무처럼 에너지 저장이 어려운 소재를 사용한 것이 아니라 배터리의 모든 소재가 에너지를 저장하고 내보낼 수 있도록 만들어졌다. 여기에 액체 전해질을 젤 형태로 바꾸고 젤 전해질이 바깥으로 새지 않도록 한 패키징 소재도 함께 만들었다. 그 결과 배터리 모든 부분이 쉽게 휘어지고 줄일 수 있으며 500번 이상 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 것이 관찰됐다. 손정곤 KIST 박사는 “이번에 개발한 기술은 전극 뿐만 아니라 배터리 전체가 신축성을 갖고 있기 때문에 웨어러블 전자기기나 신체 부착형 의료소자에 손쉽게 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 폭발과 화재 위험을 없앤 전기자동차, 에너지저장장치(ESS)용 차세대 배터리 신소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 연구팀은 기존 배터리에 사용되는 액체전해질과 똑같은 성능을 가진 차세대 배터리용 신소재를 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 현재 전기차나 ESS에 쓰이는 배터리는 액체전해질을 사용한 리튬이온전지이다. 리튬이온전지 속 액체전해질은 안전성이 떨어져 폭발이나 화재 발생 가능성이 크다는 문제가 있다. 이 때문에 최근에는 전해질을 포함해 배터리 구성요소 모두를 고체로 만든 전고체전지 기술 개발이 활발하다. 그러나 고체전해질은 리튬 이온의 이동이 쉽지 않다는 문제가 있다. 연구팀은 ‘아지로다이트’라고 불리는 황화물 결정 구조를 활용해 이온전도성이 높은 고체전해질을 개발했다. 연구팀은 아지로다이트 구조의 특정 원자위치에 염소(Cl)를 선택적으로 치환해 리튬이온이 좀 더 쉽게 이동하도록 만들어 상온에서 기존 액체전해질과 동등한 수준인 이온전도도를 확보했다.또 이번에 개발한 새로운 합성법을 활용하면 슈퍼 이온전도성 소재의 제작 속도도 높일 수 있다. 기존 공정은 합성에 수 일 이상이 필요하지만 이번 공정은 고에너지공정과 적외선 급속 열처리 기술을 조합한 간단한 합성법으로 공정시간을 10시간 내로 단축했다. 이에 따라 슈퍼 이온전도성 소재의 상용화에도 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다. 김형철 KIST 박사는 “이번 연구는 폭발과 화재 위험을 없앤 슈퍼 이온전도성 소재를 쾌속 공정으로 합성할 수 있도록 해 대량생산과 상용화까지도 가능하게 했다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

고려아연이 울산에 연간 1300만t 규모의 전해동박 생산공장을 세운다. 울산시는 24일 울산시청 상황실에서 종합비철금속 제련회사 고려아연과 전해동박 생산공장 신설을 위한 투자양해각서(MOU)를 체결했다고 밝혔다. 고려아연은 1차로 1527억원을 투입해 온산국가산업단지 내 온산제련소 인근 1만 8981㎡ 부지에 연간 1만 3000t 규모의 전해동박 생산공장을 2022년 10월까지 건설한다. 시장 전망에 따라 2만 6000t급으로 증설할 방침이다. 동으로 도금된 얇은 판인 전해동박은 전기·전자 제품 회로 기판의 재료로 쓰이고, 특히 리튬이온전지 등 2차전지 생산을 위한 핵심 소재다. 울산시는 고려아연이 신규투자를 원활하게 할 수 있도록 각종 인허가 등에 행정지원을 제공할 예정이다. 고려아연의 생산공장 신설은 코로나19로 기업투자가 위축된 가운데 71명의 새로운 고용창출 성과를 내며 지역의 전지·소재 산업에 활력을 불어넣을 것으로 예상된다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

지구온난화로 인한 기후변화 때문에 다양한 환경문제가 발생하면서 전기자동차에 대한 관심이 높아지고 있다. 전기차의 배터리 성능과 용량이 늘고는 있지만 가솔린, 디젤로 움직이는 내연기관차에 비해서는 부족한 것이 사실이다. 국내 연구진이 배터리 전해액에 소량의 첨가제를 넣는 것만으로도 배터리의 용량과 수명을 늘려 전기차가 거의 하루 종일 달릴 수 있는 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 연구팀은 리튬이온 배터리 전해액에 아미노 실레인이라는 첨가제를 약간 넣어 전극을 약화시키는 불순물이 만들어지는 것을 억제하고 보호막을 만들어 배터리 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번 기술은 에너지 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 실렸다. 리튬이온 배터리는 리튬이온이 전극(+/-)을 오가며 충전과 방전을 하며 전기를 만들어 낸다. 전해액은 배터리에서 리튬이온이 오가는 통로이면서 전극표면과 반응해 보호막을 만든다. 전기차에 쓰이는 고용량 배터리는 니켈함량이 60% 이상인 니켈리치 소재로 전극을 만들어 사용한다. 문제는 니켈리치 소재 배터리는 반응성이 커서 전해액을 쉽게 분해시켜 배터리 성능을 약화시킨다는 문제가 있다. 이에 연구팀은 기존 배터리 전극과 전해액에 아미노 실레인이 포함된 첨가제를 살짝 넣는 것만으로 배터리의 성능과 용량을 늘리는 방법을 찾아냈다. 이번에 개발한 첨가제는 전극 보호막을 파괴하는 성분이 만들어지는 것을 억제하면서 새로운 보호막을 만들어 전극을 보호하고 전해액 분해를 차단했다. 연구팀에 따르면 이번에 새로 개발된 전해액 첨가제를 전체 전해액의 0.5% 수준만 더하더라도 전극을 보호하고 배터리 성능을 높일 수 있다는 것을 확인했다. 최남순 교수는 “수명이 긴 리튬이온배터리를 만들기 위해서는 전극 보호막을 만들고 보호막을 공격하는 물질까지 제거할 수 있어야 한다”라며 “이번 연구는 니켈리치 양극과 흑연 음극의 계면구조 보호를 위한 전해액 첨가제의 새로운 역할을 밝혀냈다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

수명·안전성 높이고 크기는 절반 축소 전기차 한 번 충전 시 800㎞ 주행 가능삼성전자가 차세대 배터리로 각광받고 있는 ‘전(全)고체전지’의 수명은 높이면서 크기는 반으로 줄이는 원천 기술을 세계적인 학술지 네이처 에너지에 공개했다고 10일 밝혔다. 삼성전자 종합기술원이 주도한 이번 연구로 전기자동차 주행거리가 획기적으로 늘어날 것으로 기대된다. 배터리를 한 번 충전하면 800㎞를 주행할 수 있고 1000회 이상 재충전할 수 있다는 게 회사 측 설명이다. 전고체전지는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 전지다. 기존 리튬이온전지보다 대용량을 구현할 수 있고 안전성을 높인 것이 특징이다. 일반적으로 전고체전지 배터리 음극 소재로 사용되는 ‘리튬 금속’은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트’를 해결해야 하는 문제를 배태하고 있다. 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 적체하며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체인 덴드라이트(수지상결정)가 배터리 분리막을 훼손하기 때문이다. 이런 문제를 막기 위해 연구진은 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의1미터) 두께의 은·탄소 나노입자 복합층을 적용한 ‘석출형 리튬음극 기술’을 세계 최초로 적용했다. 그 결과 전고체전지의 안전성은 강화하면서 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지 밀도를 높일 수 있게 됐다. 리튬이온 전지보다 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있게 된 것이다.연구를 이끈 임동민 삼성전자 종합기술원 마스터(임원급 연구원)는 “이번에 전기차 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술을 개발한 만큼 앞으로도 전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리의 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다. 정서린 기자 rin@seoul.co.kr

삼성전자가 차세대 배터리로 각광받고 있는 ‘전고체전지’의 수명은 높이면서 크기는 반으로 줄이는 원천 기술을 세계적인 학술지 네이처 에너지에 공개했다고 10일 밝혔다.삼성전자 종합기술원이 주도한 이번 연구로 전기 자동차 주행 거리가 획기적으로 늘어날 것으로 기대된다. 배터리를 한 번 충전하면 800km를 주행할 수 있고 1000회 이상 재충전할 수 있다는 게 회사 측 설명이다. 전고체전지는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 전지다. 기존 리튬이온전지보다 대용량을 구현할 수 있고 안전성을 높인 것이 특징이다. 일반적으로 전고체전지 배터리 음극 소재로 사용되는 ‘리튬 금속’은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트’를 해결해야 하는 문제를 배태하고 있다. 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 적체하며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체인 덴드라이트(수지상결정)가 배터리 분리막을 훼손하기 때문이다.이런 문제를 막기 위해 연구진은 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의 1미터) 두께의 은·탄소 나노입자 복합층을 적용한 ‘석출형 리튬음극 기술’을 세계 최초로 적용했다. 그 결과 전고체전지의 안전성은 강화하면서 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지 밀도를 높일 수 있게 됐다. 리튬이온 전지보다 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있게 된 것이다. 연구를 이끈 임동민 삼성전자 종합기술원 마스터(임원급 연구원)는 “이번에 전기차 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술을 개발한 만큼 앞으로도 전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리의 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다. 정서린 기자 rin@seoul.co.kr

초소형 전자기기, 웨어러블 컴퓨터와 같은 사물인터넷(IoT) 기기들이 늘어나면서 수명이 길고 출력은 높으면서 크기가 작은 전원기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 국내 연구진이 사람의 지문 폭만큼 작은 크기의 전원기술을 개발해 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 연구팀은 전자부품들과 일체화시켜 사용할 수 있는 칩 형태의 초소형 슈퍼커패시터를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 최신호(6일자)에 실렸다. 현재 많이 사용되고 있는 리튬이차전지는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 충전과 방전하지만 슈퍼커패시터는 탄소소재의 활성탄에 전자가 붙고 떨어지는 현상을 이용해 충전과 방전을 한다. 리튬이차전지와 비교했을 때 충전량은 적지만 순간적으로 고출력을 낼 수 있으며 수명이 길다는 장점이 있다. 또 초소형화가 가능해 IoT 기기나 웨어러블 디바이스에 적용해 전원 일체형 전자기기를 만들 수 있다. 그렇지만 제작 과정에서 발생하는 열이나 화학물질로 인해 전자부품이 손상될 우려가 커서 전자부품에 직접 슈퍼커패시터를 결합하는 것이 쉽지 않았다. 이에 연구팀은 잉크젯 프린팅 기술처럼 전극물질과 전해질을 잉크처럼 부품 위에 찍어내지만 정전기적 힘으로 잉크가 번지는 현상을 줄여 정밀도를 높이는 ‘전기수력학 제트 프린팅’ 기술을 사용했다. 연구팀은 이번 기술을 활용해 동전보다 작은 가로 세로 각각 0.8㎝ 크기의 칩 위에 전지 36개를 올리고 직렬 연결하는데 성공했다. 또 80도의 온도에서도 작동하는 것이 확인돼 실제 전자부품이 작동하는 과정에서 나타나는 발열에도 견딜 수 있는 것으로 확인됐다. 이상영 UNIST 교수는 “이번 기술은 IC칩처럼 좁은 기판 위에 전지를 고밀도 집적이 가능해 공간제약 없이 전지 성능을 자유롭게 조절가능해졌다는데 의미가 크다”라며 “직렬 뿐만 아니라 병렬로도 자유롭게 연결 가능해 소형기기에 맞춤형 전원 공급이 가능하다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“휘발유처럼 가연물 맞지만 점화원 아냐 분리막 철도 못 뚫어… 이물질 발화 안 돼” LG, 문제된 난징 생산 배터리 전량 교체6일 정부 조사단이 에너지저장장치(ESS) 화재 원인을 배터리 이상으로 지목하자 당사자인 삼성SDI와 LG화학이 일제히 반발했다. 두 회사 모두 “배터리를 화재의 직접적 원인으로 볼 수 없다”며 조사단의 결론과는 정반대의 주장을 했다. “이미 조사단에 수차례 해명을 했는데 왜 이런 결론을 냈는지 모르겠다”는 격양된 반응도 업계에서 흘러나왔다. LG화학과 삼성SDI는 배터리 내부 발화 시 나타나는 ‘용융흔적’이 꼭 배터리 내부 화재의 근거로 쓰일 수는 없다고 입을 모았다. LG화학 측은 “배터리 외 다른 부분에서 화재가 발생하더라도 그것이 배터리로 전이되면서 흔적이 생길 수 있다”면서 “내부 발화라고 단정할 수 없다”고 주장했다. 삼성SDI는 “ESS 화재 발화 지점은 배터리에서 시작됐지만 화재 원인은 다양하다”면서 “휘발유도 성냥불 같은 점화원이 있어야 불이 난다. ESS에서 배터리는 유일하게 에너지를 갖고 있기 때문에 가연물로서 화재를 확산시키는 역할을 할 뿐 점화원은 아니다”라고 반박했다. 두 회사는 조사단이 분리막, 양극판, 음극판 등에 발생한 이물질을 근거로 ‘배터리 이상 현상’이라 지적한 것에 대해서도 배터리 문제가 아니라고 주장했다. 음극활물질에서 발생한 돌기, 배터리 분리막의 리튬 석출물 등은 화재로 이어지는 결함이 아니라는 것이다. LG화학 측은 “발견된 이물질은 LG화학의 안정성 강화 분리막을 관통해 화재를 유발하는 것이 불가능하다”면서 “리튬 석출물이 나오면 발화로 이어지는지 실험해 봤는데 화재가 발생하지 않았다. 배터리 분리막은 강도가 높은 입자인 철로도 뚫을 수 없을 정도로 단단하다”고 했다. 또 “리튬 석출물은 리튬이온이 전해질을 통해 음극과 양극 사이를 오가는 사이 자연스럽게 생길 수밖에 없는 물질”이라고 강조했다. 삼성SDI는 분리막 황반점과 갈변현상 등에 대해 “피부가 노화해도 건강상 문제가 없는 것과 마찬가지”라며 화재 원인이 될 수 없다고 주장했다. LG화학은 배터리 문제를 인정하진 않지만 ESS 산업의 신뢰 회복을 위해 이번에 문제가 된 배터리(2017년 중국 난징 공장 생산품)가 적용된 국내 ESS 사이트 250여곳의 배터리를 교체하겠다고 밝혔다. 삼성SDI도 지난해 10월 ESS에 특수 소화시스템을 전면 도입하는 내용의 대책을 발표했다. 다만 이번 조사 결과로 ESS 국내외 사업 확장에 타격이 불가피해졌다. 최근 중국 업체들이 ESS 시장에서 약진하고 있는 상황이라 국내 업체들이 주춤한 사이 주도권을 빼앗길 수 있다는 우려가 나온다. 또 배터리 이상이라는 정부 발표를 근거로 보험사들이 업체에 구상권 소송을 제기할 가능성도 엿보인다. 제조업체들은 배터리 이상을 인정하지 않기 때문에 치열한 다툼이 예상된다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr