계명대 산학협력단은 리튬이차전지 음극재 관련 특허 8건을 ㈜투비링크에 이전됐다고 10일 밝혔다. 화학전공 이창섭 교수가 개발한 리튬이차전지 음극재 기술은 지금까지 주로 사용되어 온 흑연의 충전용량이 낮은 문제점을 개선하여 음극재로써 성능을 대폭 향상시킨 것이다. 이창섭 교수 연구팀은 흑연 대신 이론 충전용량이 4,100mAh/g인 실리콘을 도입하여 리튬이차전지의 충·방전 용량을 획기적으로 개선하였다. 또 실리콘의 충·방전 시 문제점으로 나타났던 부피팽창의 문제를 탄소나노섬유와 환원된 그래핀을 사용하여 실리콘과 3차원 네트워크를 구성함으로써 근본적으로 해결하였다. 계명대 화학전공의 이창섭 교수는 지금까지 표면화학, 전기화학, 센서화학 등의 분야에서 143편의 학술논문, 23권의 국내외 저서, 50건의 특허 실적과 15건의 특허기술을 기업체에 이전했다. 김범준 계명대 산학협력단장은 “기업의 수요를 반영한 기술 개발 및 사업화 가능성이 높은 지식재산권 확보를 통해 대학이 가지고 있는 기술을 이전하여 지역 기업들과 새로운 경제효과를 창출하고 있어 산학협력 활성화에도 크게 기여할 것으로 보인다.”고 말했다.

미국이 중국 배제를 위해 전기자동차 보조금 요건을 강화하면서 국내 산업계의 희비가 엇갈리고 있다. 미국 소비자가 전기차를 살 때 최대 1000만원에 이르는 세액공제를 받으려면 미국의 핵심 광물·부품을 일정 비율 이상 사용한 배터리가 장착돼야 하고, 미국에서 생산한 전기차여야 한다. 이에 국내 배터리 기업들은 북미 시장에서 대중 경쟁력이 강화되겠지만, 미국에 전기차 공장이 없는 한국 완성차 업계는 타격이 예상된다. 미국 상원은 지난 7일(현지시간) 가결한 ‘인플레이션 감축법’(IRA)에서 기후변화 대응을 위해 전기차 대중화가 급선무라는 취지로 2009년부터 시작된 연 최대 7500달러(약 979만원)의 세액공제를 유지시키며 두 가지 지급 조건을 신설했다. 우선 리튬, 코발트, 니켈 등 전기차 배터리에 사용된 광물이 40% 이상 미국 및 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺은 나라에서 채굴·가공돼야 세액공제액 중 절반을 준다. 이 비율은 2024년에 50%, 2027년에 80%로 올라간다. 중국산 광물을 이용한 배터리를 점차 퇴출하겠다는 의도다. 또 양·음극재, 분리막 등 배터리 주요 부품의 50%가 북미에서 제조돼야 세액공제액의 나머지 절반을 준다. 이 비율도 2027년 80%, 2028년 100%로 높아진다. 이번 조치에 대해 사실상 세계 1위 배터리 기업인 중국 CATL(닝더스다이)을 배제하기 위한 취지라는 평가가 나오는 가운데 LG에너지솔루션·SK온·삼성SDI 등 우리나라 배터리 기업들이 반사이익을 누릴 수 있다는 관측도 제기된다. 다만 중국산 광물과 부품을 대체할 수 있을지가 관건이다. 일례로 리튬의 중국산 점유율은 70%, 흑연은 75%에 달한다. 또 현재 미국 수출 전기차 물량 전체를 국내에서 생산하는 현대자동차와 기아 입장에서 미국 내 생산 물량에만 보조금을 주는 조건은 달갑지 않다. 현대차는 미 조지아주에 전기차 공장을 세울 계획이지만 완공 시점이 2025년이다. 특히 상원은 이번 IRA 법안에서 전기차 회사당 20만대까지만 세액공제를 주는 기존 제도를 폐지해 GM 등 자국 생산 전기차의 경쟁력을 크게 높였다. 태양광·풍력 등 국내 재생에너지 업계는 반색하고 있다. 태양광 패널과 풍력 터빈의 미국 내 제조를 위해 300억 달러(39조원)의 세액공제를 지원하는데, 한화솔루션이 조지아주에서 1.7GW(기가와트) 규모의 모듈공장을 운영 중이며 증설을 진행하고 있다. 민주당이 다수당인 미 하원은 이번 주 중 IRA 법안을 처리할 계획이며 이후 조 바이든 미 대통령이 서명하면 발효된다.

음극재, 배터리 성능·수명에 관여 안정성 장점 흑연, 낮은 밀도 단점밀도 높은 실리콘, 팽창 성질 한계리튬메탈·무음극재 연구 개발 중 실제 개발·상용화에 시간 걸릴 듯 전기차 배터리의 핵심 소재는 단연 양극재다. 주행거리를 결정하고 원가의 무려 40%를 차지하고 있어서다. 그다음이 바로 음극재. 배터리의 성능, 수명과 깊은 연관이 있다. 무엇보다 전기차 혁명의 가장 큰 걸림돌로 꼽히는 답답한 ‘충전 속도’를 획기적으로 개선할 열쇠가 음극재 안에 담겨 있을 것으로 기대된다. ●흑연 혁신이냐, 실리콘 안정화냐 음극재 혁신의 방향은 크게 세 가지다. 기존 소재의 구조 개선이나 차세대 소재 개발 그리고 아예 음극을 없애버리는 방법도 거론되고 있다. 현재는 음극재 원료로 대부분 흑연이 쓰인다. 흑연은 에너지 밀도가 낮은 게 흠이지만, 대신 규칙적이고 안정된 구조를 갖췄다. 크게 천연흑연과 인조흑연으로 구분된다. 둘을 비교하면 천연흑연은 용량 측면에서 우수하고 인조흑연은 안전성에 좀더 초점이 맞춰져 있다. 포스코케미칼은 지난 2월 천연흑연을 활용한 ‘저팽창 음극재’를 독자 기술로 개발했다고 밝혔다. 천연흑연의 치명적인 단점은 바로 흑연층이 벌어져 부푸는 ‘스웰링’(팽창) 현상인데, 포스코케미칼은 소재 구조를 ‘판상형’에서 ‘등방형’으로 개선해 팽창률을 기존보다 25% 낮추는 데 성공했다. 이를 통해 급속충전 성능도 15% 높였고 인조흑연 대비 제조원가도 낮췄다. 2023년부터 양산할 계획이며 제너럴모터스(GM)가 생산하는 전기차 배터리에 들어갈 예정이다. 흑연의 다음 타자는 실리콘이다. 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높다. 배터리 충전 속도를 비약적으로 끌어올릴 수 있는 실마리가 담긴 것으로 기대된다. 문제는 실리콘은 흑연보다 더 쉽게 팽창하는 성질을 갖고 있다는 점이다. 업계는 기존 흑연에 실리콘을 조금씩 첨가하면서, 또 팽창을 억제하는 물질을 함께 넣으면서 실리콘 음극재를 안정화하는 데 집중하고 있다. 현재 실리콘 음극재에 함유된 실리콘은 5~10% 정도다. 이를 최대 20%까지 끌어올릴 수 있을 것으로 보인다. 삼성SDI, SK온 등 대부분 배터리 회사들이 실리콘 음극재를 개발하고 있으나 원조는 LG에너지솔루션이다. LG에너지솔루션은 2019년 세계 최초로 개발한 실리콘 음극재 배터리를 포르쉐의 순수전기차 ‘타이칸’에 탑재하며 가능성을 확인시킨 바 있다. ‘CNT 도전재’라는 물질을 음극재에 집어넣어 실리콘의 팽창 문제를 해결했다고 한다. 배터리사들은 타이칸을 넘어 폭스바겐, 테슬라 등도 조만간 실리콘 음극재 배터리를 탑재할 것으로 기대하고 있다.타이칸 배터리 음극재에 담긴 비밀은 또 있다. 바로 ‘더블레이어코팅’(2종 전극 슬러리 동시 코팅) 기술이다. 전극의 활물질과 첨가제, 용매 등이 혼합된 물질인 ‘슬러리’를 코팅하는 것으로, 음극재를 강화해 배터리의 충전 속도를 크게 높일 수 있다는 설명이다. 타이칸은 현재 20분이면 완전 충전이 가능하다. 이 기술을 개발한 공로로 최상훈 LG에너지솔루션 상무는 지난달 과학기술정보통신부에서 ‘대한민국 엔지니어상’을 받기도 했다. 실리콘 이후에 대한 고민도 있다. 전고체 배터리에서 주로 활용될 것으로 예상되는 ‘리튬메탈배터리’(LMB)에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 음극재로 흑연도, 실리콘도 아닌 리튬메탈을 사용한 배터리다. 충전 속도는 물론 주행거리도 큰 폭으로 늘릴 수 있다는 장점이 있지만 현재 기술로는 화재 위험성이 큰 것으로 알려졌다. 지난해 말 현대자동차를 비롯해 GM, 혼다 등 글로벌 주요 완성차 회사들과 속속 협력 계획을 밝혀 화제가 됐던 미국의 배터리 스타트업 SES가 개발하고 있는 제품이 바로 리튬메탈배터리다.●무음극재 배터리 연구 초기 단계 궁극의 음극재는 결국 ‘존재하지 않는 음극재’다. 마치 불교적 가르침을 떠오르게 하는 이 역설은 업계의 관심사인 ‘무음극 배터리’를 두고서 하는 말이다. 배터리가 시간이 갈수록 용량이 줄어드는 등 ‘수명’이 있는 이유는 결국 충전과 방전 시 리튬이온이 드나들면서 음극재 구조를 변화시키기 때문이다. 만약 음극재 없이 음극 집전체만 있는 상태로 충·방전이 가능하게 만든다면 현재 음극재의 한계를 뛰어넘을 수 있지 않겠느냐는 아이디어다. 전류를 전달하는 역할을 하는 음극 집전체로 현재는 동박을 사용하고 있다. 무음극 배터리는 집전체에 적절한 표면처리를 해 흑연, 실리콘 없이 집전체만으로도 충전이 되게 하는 원리다. 이와 관련한 연구는 초기 단계로 실제 개발과 상용화까지는 상당한 기간이 소요될 전망이다.

국내 연구진이 15분 만에 고속충전을 하면서도 배터리 수명이 줄어들지 않는 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과, 교원창업기업 에스엠랩 공동 연구팀이 전기차 배터리를 15분 만에 충전할 수 있는 단결정 양극(+) 소재를 개발했다. 이번 기술을 활용하면 기존 음극(-) 소재를 그대로 쓰면서 고속충전을 반복할 때 발생하는 수명 저하도 막을 수 있다. 전기차에 들어가는 리튬이온 배터리를 급속충전을 반복하면 전지의 양극과 음극에서 부반응(side reaction)이 발생해 수명이 급격히 떨어진다. 급속충전을 하면 리튬이온이 음극의 흑연 입자 내부로 들어가지 못하고 전해액과 반응해 손실된다. 반면 양극에서는 빠른 속도로 리튬이 드나들게 된다. 이런 충전과 방전이 반복되면 부피가 팽창해 리튬이온이 오갈 수 없게 된다. 즉, 수명이 저하된다는 것이다. 지금까지는 배터리 수명과 충전 속도 개선을 위해 주로 음극 소재를 바꾸는 방식이 연구됐다. 흑연 대신 리튬이나 흑연과 실리콘을 혼합시킨 음극을 써 충전 시간을 줄이려는 것이다. 고속충전을 위해서는 높은 전류를 흘려줘야 하는데 양극 소재를 바꾸면 전극 두께가 얇아져 저항이 적게 걸리면서 더 빠르게 충전이 가능하다. 연구팀은 음극에는 흑연을 그대로 사용하면서 양극 소재와 표면구조를 바꿔 고속충전 특성을 개선했다. 현재 쓰이는 배터리의 양극 소재는 아주 작은 입자들이 뭉쳐진 다결정 형태이고 니켈 함량이 80%, 단가가 비싼 코발트 함량이 5% 이상이다. 이에 연구팀은 니켈 함량을 97%까지 높이고 코발트 2% 미만으로 줄여 가격경쟁력까지 높인 단결정 소재로 양극을 만들었다. 연구팀은 에스엠랩에서 자체 운용 중인 파우치형 리튬이온 배터리 제조설비를 이용해 고속충전 평가를 실시했다. 그 결과, 15분 동안 90%까지 충전을 시키고 완전 방전시키는 것을 300회 반복한 뒤에도 성능 수명이 처음의 85%까지 유지됐다. 그렇지만, 기존 리튬이온 배터리는 똑같은 충전과 방전을 225회 반복시키자 수명 유지율이 40%까지 저하되는 것이 확인됐다. 조재필 UNIST 교수(에스엠랩 대표)는 “이번 연구는 양극의 형상과 표면구조가 고속 충전-방전 특성에 영향을 미친다는 것을 보여주고 있다”며 “이번에 개발한 양극 소재는 고객사 검증을 완료하고 시범 생산 중이며 매출도 발생하는 만큼 실제 전기차에도 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다.

수소 사업을 강화하던 코오롱인더스트리가 이차전지 사업에도 본격적으로 진출했다. 코오롱인더스트리는 국내 유일의 리튬 메탈 음극재 소재 제조 기업인 니바코퍼레이션(니바)에 전략적 지분 투자를 했다고 11일 밝혔다. 코오롱인더스트리는 니바에 100억원을 투자하며 2대 주주에 올라섰다. 2016년 설립된 니바는 폐리튬 재활용 및 불순물 제거 기술과 독자적인 박막화 기술을 기반으로 고순도 리튬 메탈 잉곳(금속덩이)·분말 및 포일을 생산하는 기업이다. 리튬메탈은 기존의 흑연·실리콘 음극재를 대체하는 소재다. 음극재 소재로 리튬메탈을 사용할 경우 흑연·실리콘 대비 10배 이상 에너지 밀도를 높이고, 4분의1 수준으로 경량화가 가능해 차세대 이차전지 핵심 소재로 평가받고 있다는 게 회사 측의 설명이다. 전고체 전지에 적용하면 안전성을 높일 수 있고 전기차의 주행거리를 40% 이상 늘릴 수 있어 배터리 산업의 ‘게임 체인저’로 주목받고 있다고 회사 측은 덧붙였다. 코오롱인더스트리는 그동안 수소 사업 역량을 강화하고자 산업용 가스 제조 전문기업 덕양, 이스라엘의 탄소 포집 전문기업 에어로베이션과 업무협약을 체결하는 등 수소 사업을 신성장 동력으로 키우고 있다. 장희구 코오롱인더스트리 사장은 “이번 투자는 전기차 수요뿐만 아니라 4차 산업혁명으로 산업계 전반에서 배터리에 대한 수요가 지속적으로 늘고 있어 차세대 소재 시장을 선점하기 위한 목적”이라며 “이차전지 외에도 수소 등 차세대 미래 먹거리 관련 투자를 지속할 계획”이라고 말했다.

●차세대 소재인 실리콘음극재 기업 인수…2024년 양산포스코그룹이 전기차 보급 확산과 동시에 부각된 이차전지 소재 사업에 박차를 가하고 있다. 차세대 음극재 스타트업을 인수해 밸류체인을 강화하는가 하면 기관 투자자와 증권사 애널리스트들에게 이차전지 성과와 비전을 적극적으로 소개하고 있다. 포스코홀딩스는 테라사이언스와 지난 1일 실리콘음극재 생산기술을 보유한 테라테크노스 지분 100%를 인수하는 계약을 체결했다고 5일 밝혔다. 인수 금액은 478억원으로 알려졌다. 실리콘음극재는 현재 리튬 이온전지에 대부분 사용되는 흑연 음극재보다 에너지 밀도를 4배 정도 높일 수 있어 전기차 주행거리 향상은 물론 충전시간도 단축시킬 수 있는 차세대 음극재로 주목받고 있다. 실리콘음극재 시장 규모는 2030년까지 매년 39%씩 성장할 것으로 포스코홀딩스는 예상한다. 포스코홀딩스는 테라테크노스 인수 후 증설을 통해 2024년 상반기에 실리콘음극재를 양산할 계획이다. ●과거 철강서 올해 이차전지 애널리스트 대거 참가 이날 포스코그룹은 서울 강남구 대치동 포스코센터에서 국내외 기관투자가, 증권사 애널리스트 등 150여명이 참석한 가운데 ‘2022 이차전지 소재사업 밸류데이’를 진행했다. 7일 싱가포르에서도 연다. 포스코그룹의 과거 밸류데이는 철강 중심의 애널리스트들을 대상으로 진행했지만 이번에는 이차전지와 수소 등을 맡고 있는 애널리스트들이 대거 참석한 것이 차이점이다. 포스코그룹은 2010년 리튬 추출 기술 개발을 시작한 이래 ▲양·음극재 사업 본격화▲아르헨티나 리튬 염호 인수, 호주 리튬, 니켈 및 탄자니아 흑연 광산 지분 투자 등 이차전지 원소재 사업 강화 ▲이차전지 리사이클링 사업 진출 ▲차세대 이차전지소재 역량 마련 등 이차전지 소재 공급에 필요한 밸류체인 구축에 힘써왔다. 전중선 포스코홀딩스 경영전략팀장(사장)은 “철강 중심의 사업구조로 인해 포스코홀딩스의 주가 추이는 철강 시황에 따라 등락을 반복하는 순환적 흐름을 보여왔다”며 “이러한 흐름에서 벗어나 성장형 그래프로 전환하기 위해 이차전지 소재, 수소 등 신성장 사업에 집중하고 그룹의 균형 성장을 가속화하겠다”고 말했다. ●올해 양·음극재 매출 1조원 예상…세계 유일 소재 밸류체인 구축 특히 이번 행사에서 아르헨티나 염호, 호주 리튬 및 니켈 광산, 포스코HY클린메탈 등 글로벌 사업현장의 최신 영상을 활용한 가상 체험 기회를 제공해 참석자들의 이해도를 높였다. 유병옥 포스코홀딩스 친환경미래소재팀장(부사장)은 ‘포스코그룹 이차전지소재사업의 과거, 현재 그리고 미래’라는 주제 발표에서 “포스코그룹의 양·음극재 사업은 2015년 매출이 380억원에 불과했으나 올해는 1조원을 넘어설 것으로 전망된다”고 밝혔다. 이경섭 포스코홀딩스 이차전지소재사업추진단장(전무)은 ‘포스코그룹 이차전지소재 사업전략’을 주제로 밸류체인 구축 현황 등을 소개했다. 포스코그룹은 세계에서 유일하게 리튬·니켈·흑연 등 이차전지 원료부터 전구체는 물론 양·음극재 및 차세대 이차전지용 소재까지 생산, 공급하는 밸류체인을 구축하고 있다. 이를 통해 2030년까지 양극재 61만톤, 음극재 32만톤, 리튬 30만톤, 니켈 22만톤 생산 및 판매체제를 구축하여 이차전지 소재사업에서만 매출액 41조원을 달성한다는 계획이다. 포스코그룹은 철강 중심의 사업구조의 다변화를 통해 2030년 철강, 친환경미래소재, 친환경인프라 사업부문의 매출액과 영업이익이 균형을 이루는 성장 구조를 확립한다는 목표를 세워두고 있다.

유사시 총탄으로부터 우리 군 장병들의 생명을 지켜 주는 방탄복을 ‘꿈의 신소재’로 만드는 날이 머지않아 보인다. 26일 군 관계자들에 따르면 국방과학연구소(ADD)는 이달 초 미래 안보 환경에 효과적으로 대응하기 위해 ‘그래핀 방탄복 개발’을 미래 도전 국방 기술 연구·개발사업 과제 가운데 하나로 제안했다. 현재 군에서 쓰고 있는 신형 방탄복은 한 벌당 무게가 5㎏을 넘어 장병들 만족도가 떨어진다. 이에 총알·파편으로부터 장병들 신체를 안전하게 보호하면서도 가볍고 활동하기 편한 방탄복의 필요성이 높아지고 있다. 최근엔 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’(graphene)을 활용한 방탄복 개발 연구가 주목받고 있다. 흑연 구성 물질의 하나인 그래핀은 탄소로 이뤄진 2차원 벌집 구조의 나노 물질이다. 그래핀은 단위 질량당 흡수할 수 있는 충격에너지가 강철의 10배에 이를 정도로 우수한 강도를 갖춘 첨단 소재다. 이 때문에 그래핀 소재에 총알이 부딪치면 총알의 운동에너지가 순식간에 흡수·분산되면서 속도가 떨어진다. 하지만 그래핀 방탄복은 쉽게 상용화되지 못하고 있다. 그래핀 입자 간 계면 결합, 구조적 결함 문제 등으로 인해 높은 수준의 방탄 성능을 실현하는 데 어려움을 겪고 있다고 한다. ADD는 이 과제에 참여하려는 기관·업체의 제안서를 평가한 뒤 이르면 올 연말 그래핀 방탄복 연구·개발을 위한 협약을 맺을 계획이다. 선정된 연구팀은 앞으로 3년 동안 그래핀의 고기능성 복합 소재화를 통해 기존 방탄섬유·패널을 경량화하고 성능을 향상시키는 기술을 개발해야 한다.

포스코그룹이 글로벌 이차전지 소재 1위 기업으로 도약하고자 2030년까지 이차전지 소재의 생산 목표를 대폭 상향했다고 25일 밝혔다. 양극재는 연간 40만t에서 61만t으로 52% 증산하고 음극재 32만t, 리튬 30만t, 니켈 22만t 등으로 생산 목표를 올렸다. 특히 포스코그룹은 지난 1월 포스코홀딩스 출범에 맞춰 친환경 미래소재 기업으로 성장하고자 양·음극재와 함께 리튬·니켈·흑연 등 이차전지 핵심 원료의 자체 공급망 구축에 박차를 가하고 있다. GM 등 글로벌 완성차사와의 전략적 협력을 바탕으로 2030년 이차전지 소재 글로벌 1위 기업으로 도약할 기반을 다지고 있다는 게 포스코홀딩스의 설명이다. 포스코홀딩스는 리튬 자체 생산 기술 확보와 더불어 리튬의 안정적 공급과 생산을 위해 호주와 아르헨티나에서 공장 착공에 들어갔다. 이와 함께 고용량 배터리 양극재의 필수 소재인 니켈을 확보하기 위한 지분투자를 단행하면서 고순도 니켈 생산도 추진한다. 포스코그룹은 또 음극재의 중국 의존도를 낮추기 위한 노력도 지속한다. 지난해 탄자니아의 흑연 광산을 보유한 호주 광산업체 블랙록마이닝 지분 15%를 인수하는 등 음극재 원료인 흑연의 공급처를 탄자니아와 호주 등으로 다변화하고 있다.

국내 주요 대학 경영·경제학과 교수들이 우리 경제의 3대 핵심 리스크로 러시아·우크라이나 사태 장기화에 따른 공급망 교란, 가계대출 부실화로 인한 금융발 경제 위기, 중국 경제의 경착륙을 꼽았다. 전국경제인연합회는 지난달 4∼27일 수도권 대학의 상경계열 교수 150명을 대상으로 새 정부가 유념해야 할 경제 리스크를 설문한 결과 이같이 나타났다고 16일 밝혔다. 리스크별로 발생 확률과 위험성을 조사해 발생 확률이 ‘높음’(2년 안에 발생할 확률 30~40%) 이상이고, 위험성이 ‘심각’(국내총생산(GDP) 감소율 1~2%) 이상인 경우를 핵심 리스크로 봤다. 과반의 교수가 미중 갈등, 우크라이나 사태 등으로 공급망 교란 심화가 현실화할 가능성이 높고 우리 경제에 악영향을 초래할 것으로 진단했다. 응답자의 47.3%가 발생 확률이 높을 것이라 했고, 53.3%는 경제에 미치는 위험도가 심각하다고 답했다. 실제로 글로벌 공급망 교란의 장기화는 자원의 해외 의존도가 높은 우리나라엔 치명타다. ‘제2의 반도체’로 불리는 배터리 산업이 대표적이다. 중국, 러시아 등 일부 국가가 시장을 독점하고 있어서다. 중국은 글로벌 리튬 가공 시장의 80%를 차지하고 있고 양극재에 들어가는 망간과 음극재에 들어가는 흑연 등 전기차의 핵심 원자재 대부분을 틀어쥐고 있다. 러시아 ‘노릴스크니켈’은 전기차 배터리에 쓰이는 1등급 니켈 시장에서 점유율 22%로 압도적인 1위 업체다. 이런 이유로 기업들 사이에서는 글로벌 공급망 위기가 가중되는 가운데 이들이 자원을 무기화하면 치명적 위기에 노출될 것이란 우려가 커지고 있다. 이에 대한 대응책으로 교수들은 ‘핵심 원자재에 대한 수입선 다변화’(42.2%), ‘해외 자원 개발 확대’(15.3%) 등을 중요한 정책으로 제언했다. 기업들도 공급망 다변화에 사활을 걸고 있다. LG에너지솔루션은 중국 외에도 미국, 브라질, 독일, 호주 등 다양한 공급사로부터 이차전지용 핵심 광물을 확보하고 있다. 포스코는 최근 9600억원을 들여 아르헨티나에 염수 리튬 공장을 착공하는 데 나서기도 했다. 업계 관계자는 “개별 기업이 공급망을 직접 확보하고 있지만 생산설비 투자까지 해야 하는 상황이라 상당히 버겁다”며 “중장기적이면서도 일관된 정부의 해외 자원 개발사업과 관련한 지원이 절실하다”고 말했다. 가계대출 부실화에 따른 금융발 경제 위기도 발생 확률이 높고(41.3%), 국내 경제에 미치는 영향이 심각한(42.0%) 것으로 조사됐다. 중국의 부동산 버블과 과다한 기업 부채 붕괴 등으로 인한 중국 경제의 경착륙도 발생 가능성이 높고(39.3%), 치명적(심각 42.7%) 위험 요소로 꼽혔다. 추광호 전경련 경제본부장은 “공급망 교란 심화처럼 발생 가능성이 높고 파급력이 큰 대내외 리스크부터 우선적으로 관리해 나가야 한다”고 말했다.

국내 주요 대학 경영·경제학과 교수들이 우리 경제의 3대 핵심 리스크로 러시아·우크라이나 사태 장기화에 따른 공급망 교란, 가계대출 부실화로 인한 금융발 경제 위기, 중국 경제의 경착륙을 꼽았다. 전국경제인연합회는 지난달 4∼27일 수도권 대학의 상경계열 교수 150명을 대상으로 새 정부가 유념해야 할 경제 리스크를 설문한 결과 이같이 나타났다고 16일 밝혔다. 리스크별로 발생 확률과 위험성을 조사해 발생 확률이 ‘높음’(2년안에 발생 확률 30~40%) 이상이고, 위험성이 ‘심각’(국내 GDP 감소율 1~2%) 이상인 경우를 핵심 리스크로 봤다. 교수 과반은 미·중 갈등, 우크라이나 사태 등으로 공급망 교란 심화가 현실화할 가능성이 높고 우리 경제에 악영향을 초래할 것으로 진단했다. 응답자의 47.3%가 발생 확률이 높을 것이라 했고, 53.3%는 경제에 미치는 위험도가 심각하다고 답했다.실제로 글로벌 공급망 교란의 장기화는 자원의 해외 의존도가 높은 우리나라엔 치명타다. ‘제2의 반도체’로 불리는 배터리 산업이 대표적이다. 중국, 러시아 등 일부 국가가 시장을 독점하고 있어서다. 중국은 글로벌 리튬 가공 시장의 80%를 차지하고 있고 양극재에 들어가는 망간과 음극재에 들어가는 흑연 등 전기차의 핵심 원자재를 대부분 틀어쥐고 있다. 러시아의 광산업체 ‘노릴스크니켈’은 전기차 배터리에 쓰이는 1등급 니켈 시장에서 점유율 22%로 압도적인 1위 업체다. 때문에 기업들 사이에서는 글로벌 공급망 위기가 가중되는 가운데 이들이 자원을 무기화하면 치명적 위기에 노출될 거란 우려가 커지고 있다.이에 대한 대응책으로 교수들은 ‘핵심 원자재에 대한 수입선 다변화’(42.2%), ‘해외 자원 개발 확대’(15.3%) 등을 중요한 정책으로 제언했다. 기업들도 공급망 다변화에 사활을 걸고 있다. LG에너지솔루션은 중국 외에도 미국, 브라질, 독일, 호주 등 다양한 공급사로부터 이차전지용 핵심 광물을 확보하고 있다. 포스코는 최근 9600억원을 들여 아르헨티나에 염수 리튬 공장 착공에 나서기도 했다. 업계 관계자는 “개별 기업이 공급망을 직접 확보하고 나서고 있지만 생산설비 투자까지 해야 하는 상황이라 상당히 버겁다”며 “중장기적이면서도 일관된 정부의 해외 자원 개발 사업 관련 지원이 절실하다”고 말했다. 가계대출 부실화에 따른 금융발 경제위기도 발생 확률이 높고(41.3%) 국내 경제에 미치는 영향이 심각한(42.0%) 것으로 조사됐다. 중국의 부동산 버블과 과다한 기업부채 붕괴 등으로 인한 중국 경제의 경착륙도 발생 가능성이 높고(39.3%) 치명적(심각 42.7%) 위험 요소로 꼽혔다. 추광호 전경련 경제본부장은 “새 정부는 대내외 불확실성 고조로 복합 경제 위기 상황에서 출범하게 돼 정책적 역량이 제한돼 있다”며 “공급망 교란 심화처럼 발생 가능성이 높고 파급력이 큰 대내외 리스크부터 우선적으로 관리해나가야 한다”고 말했다.

포스코홀딩스가 전기차의 ‘게임 체인저’로 불리는 전고체 배터리를 개발하기 위해 대만 업체와 손을 잡았다.포스코홀딩스는 13일 대만의 전고체 배터리 전문기업 프롤로지움에 지분 투자 및 핵심소재인 전고체 배터리 전용 양극재와 실리콘 음극재, 고체전해질 공동개발, 글로벌 공급 체계를 구축하는 계약을 체결했다고 밝혔다. 그러나 포스코홀딩스는 투자 금액이나 지분율에 대해서는 밝히지 않았다. 2006년에 설립된 프롤로지움은 2012년 전고체 배터리를 개발했으며, 이를 스마트워치 등 소형 정보기술(IT) 기기 업체에 판매하고 있다. 또 글로벌 투자사로부터 투자를 유치, 독일의 다임러그룹 등 주요 완성차업체와 함께 전기차용 전고체 배터리를 공동 개발하고 있다. 이경섭 포스코홀딩스 이차전지소재사업추진단장(전무)는 “프롤로지움과 협력을 통해 포스코그룹의 차세대 이차전지소재 경쟁력을 강화하고, 사업 포트폴리오를 더욱 확대할 것”이라고 말했다. 빈센트 양 프롤로지움 회장은 “리튬, 니켈, 흑연 등의 이차전지소재 원료 뿐만 아니라 양극재, 음극재 사업을 함께 영위하는 포스코그룹은 가장 이상적인 파트너”라며 “이번 협력으로 전고체 배터리 생산 계획을 앞당기고, 필수 소재의 안정적 공급에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 기존의 이차전지는 전지의 양극과 음극 사이에 액체 성분의 전해질을 통해 전기가 생성, 충전 되지만 전고체 배터리는 전지 양극과 음극 사이에 있는 액체 전해질을 고체로 대체하고, 분리막을 없앤 차세대 전지로 안전성을 확보하고 에너지 밀도를 높일 수 있다. 배터리의 용량을 대폭 증가하고, 폭발 등의 가능성을 획기적으로 낮출 수 있어 ‘꿈의 배터리’로 기대를 모으고 있지만 기술적 난제도 많다. 한편 포스코홀딩스는 전고체 배터리에 적용 가능한 고용량 양극재, 실리콘 음극재 등 소재 개발 역량을 확보하고 있으며, 올해 초에는 고체전해질 생산 법인 포스코JK솔리드솔루션을 설립하여 차세대 이차전지 소재 개발 역량을 강화했다.

롯데케미칼이 미국 전기차 배터리 스타트업과 손잡고 현지 합작사를 설립한다. 롯데케미칼은 리튬메탈 음극재 및 고체 전해질 개발 스타트업 ‘소일렉트’와 업무협약을 체결했다고 27일 밝혔다. 양사는 2025년까지 미국 현지에 약 2억 달러(약 2500억원) 규모의 리튬메탈 음극재 생산시설 구축을 검토하기로 했다. 리튬메탈 배터리는 흑연, 실리콘 등을 주로 사용하는 음극재를 리튬(금속)으로 대체한 배터리로 성능과 안전성이 기존 리튬이온 배터리보다 뛰어나다. 에너지 밀도와 충전 속도를 끌어올려 전기차의 주행거리가 늘어나며 배터리의 수명 연장도 기대된다. 롯데케미칼 관계자는 “전기차 수요가 증가하고 있으며, 배터리 수입 의존도가 높은 미국을 중심으로 시장을 적극 공략하겠다”고 말했다.

포스코케미칼이 분기 사상 최대 매출을 기록하고도 영업이익은 전년 동기보다 감소했다. 배터리소재 사업의 호조로 매출이 성장했지만 원료 가격 상승으로 영업이익을 잠식한 결과다. 포스코케미칼은 25일 연결 기준 올해 1분기 매출은 6646억원으로 작년 동기 대비 42.2% 증가했다고 공시했다. 올해 1분기 매출은 분기 기준으로 사상 최대 규모다. 7개 분기 연속으로 역대 최대 매출 기록 행진을 이어갔다. 하지만 영업이익은 255억원으로 전년 동기의 25.2%, 순이익은 360억원으로 9.5% 각각 줄었다. 1분기 역대 최다 매출 기록은 배터리소재 사업의 매출이 전 분기보다 44.1% 증가한 3171억원을 기록하는 등 큰 폭으로 성장한 결과라고 회사 측은 설명했다. 구체적으로 양극재는 전기차 배터리용 하이니켈 제품의 판매 증가와 원료 가격 인상이 판매가에 반영되며 전 분기 대비 48.1% 많은 2722억원의 매출을 올렸다. 음극재도 전기차 및 에너지저장장치(ESS) 관련 판매가 확대돼 23.7% 증가한 449억원의 매출을 기록했다.이밖에 라임케미칼 사업은 원료 가격 상승이 판매 가격에 반영돼 전 분기보다 6.6% 증가한 1979억원의 매출을 달성했다. 내화물 사업도 수주 증가에 힘입어 13.8% 늘어난 1366억원의 매출을 올렸다. 포스코케미칼은 배터리소재 사업의 성장을 가속화하고 신규 고객의 수주에 차질없이 대응하기 위해 2030년 배터리소재 양산 능력 목표를 기존 계획 대비 크게 높이기로 했다. 양극재는 42만t(톤)에서 61만t으로 45%, 음극재는 26만t에서 32만t으로 23% 상향하고 제품 포트폴리오도 확장할 계획이다. 양극재는 하이니켈 NCA와 보급형 전기차를 위한 LFP 등의 사업화를 추진해 제품군을 다양화한다. NCA양극재는 양산체제 구축을 추진 중이며, LFP는 원료와 제조기술을 확보한 만큼 조기 사업화에 속도를 낸다. 아울러 주력 제품인 하이니켈 NCM·NCMA 양극재를 중심으로 북미·유럽·한국·중국 등에 글로벌 양산거점을 구축할 방침이다. 음극재는 천연흑연과 독자 기술로 개발한 저팽창 음극재 등을 중심으로 투자를 확대하고 인조흑연 음극재의 양산 투자도 늘리기로 했다.차세대 소재인 실리콘 음극재는 SiOx(실리콘복합산화물) 및 Si-C(실리콘카본) 제품 등의 사업화를 본격 추진한다. 포스코케미칼은 오는 6월 양극재 광양공장의 6만t 생산라인 증설을 완료해 단일 공장 기준 세계 최대 규모인 9만t으로 확장 준공할 예정이다. 음극재 세종공장도 1만 5000t 규모의 저팽창 천연흑연 음극재 등의 생산 라인을 확장한다. 이를 통해 올해 말까지 양극재는 연산 10만 5000t, 음극재는 8만 4000t의 생산능력을 갖추게 된다. 회사 관계자는 “프리미엄, 보급형, 차세대 배터리용 양·음극재 제품 전체에 이르는 풀 포트폴리오를 구축하고 포스코그룹과 연계한 리튬·니켈·흑연·전구체 등의 원료 및 리사이클링(재활용) 밸류체인까지 확보해 사업 경쟁력을 높여나가겠다”고 말했다.

이창섭 계명대 화학전공 교수의 논문이 지난 21일자 Scientific Reports (Nature 자매지)에서 3129회의 다운로드를 기록하여, 2021년 중 가장 조회수가 많은 100대 논문 중 30위에 선정됐다. 이 교수 연구팀은 흑연 대신 이론 충전용량이 4,100mAh/g인 실리콘을 도입하여 리튬이차전지의 충방전 용량을 획기적으로 개선하였으며, 또한 실리콘의 충방전 시 문제점으로 나타났던 부피팽창의 문제를 탄소나노섬유와 환원된 그래핀을 사용하여 근본적으로 해결했다. 이창섭 교수는 연구 끝에 2021년 1월, 사이언티픽 리포트(Scientific Report)에 “결합제가 필요 없는 리튬이차전지 음극재로서 실리콘/탄소나노섬유/그래핀 복합체 필름의 합성 및 전기화학적 성능(Synthesis and Electrochemical Performance of silicon/carbon nanofiber/graphene composite films as anode materials of binder-free Li ion batteries)”이라는 제목으로 이 문제점을 개선한 논문을 발표했다. 이 연구논문은 실리콘/탄소나노소재 복합체를 사용한 전극으로 100 사이클까지 1,000mAh/g의 일정한 방전용량 및 99%의 쿨롬 효율을 얻어 음극재로서의 성능을 대폭 향상 시킨 연구결과를 소개했다. 논문의 주저자인 총여엽(Cong Ruye) 박사과정생은 중국 산동성의 곡부사범대학교 화학과에서 학사, 계명대학교 화학과에서 석사를 마치고, 현재 계명대 표면화학연구실에서 박사과정을 이수 중이다. 총여엽 연구원은 지금까지 리튬이차전지 분야에서 SCI 학술논문 3편 및 특허 3건을 출원하는 등, 이 분야의 연구를 활발히 하고 있다.

●포스코그룹, 2024년 리튬 연 9만 3000톤 생산체제 구축포스코그룹의 획기적인 리튬 투자에 힘입어 포스코케미칼이 배터리소재 사업 경쟁력을 한층 높이게 되었다. ‘하얀 석유’로 불리는 리튬은 양극재의 핵심 원료로, 배터리에서 양·음극을 오가며 전기를 발생시키는 역할을 한다. 25일 포스코그룹에 따르면 그룹은 오는 2024년에 전기차 약 220만대에 사용할 수 있는 연 9만 3000톤의 수산화리튬 생산능력을 확보하게 된다. 앞서 지난 23일(현지시간) 착공식을 가진 연산 2만 5000톤의 아르헨티나 염수리튬 공장은 올해 추가 투자를 통해 2024년까지 연 5만톤의 생산능력을 확보할 계획이다. 또 광양의 포스코리튬솔루션 광석리튬 공장에서는 2023년부터 연 4만 3000톤의 리튬을 생산할 예정이라고 포스코케미칼이 설명했다. ●포스코케미칼, 2024년 양극재용 리튬 100% 자급 가능포스코그룹이 생산하는 리튬을 공급받으면, 포스코케미칼은 2024년 연 22만 5000톤의 양극재 생산에 필요한 리튬 9만 1000톤을 모두 자체 조달할 수 있게 되며, 자급율은 102%에 이를 것으로 전망된다. 포스코그룹은 향후에도 포스코케미칼의 양극재 투자와 연계해 아르헨티나 염호의 리튬 생산 규모를 연 10만톤까지 늘리는 등 리튬 사업을 지속적으로 확대할 계획이다. 포스코그룹이 생산하는 수산화리튬은 전기차 주행거리를 늘리기 위한 하이니켈 양극재에 주로 사용되는 원료로, 고성능 전기차에 초점을 맞춘 포스코케미칼의 배터리소재 제품 개발과 시장 확대에도 더욱 힘이 실릴 것으로 기대된다. ●“원료의 승자가 배터리사업의 승자”…니켈·흑연도 확보글로벌 양극재 회사 가운데 리튬 광권과 대규모 양산 체제를 모두 갖춘 곳은 포스코그룹이 유일하다. 포스코그룹은 또 지난 2021년에 호주의 니켈 제련 회사 레이븐소프의 지분을 인수하고, 탄자니아 흑연 광권을 확보하는 등 이차전지 소재 밸류체인 강화에 속도를 높이고 있다. 민경준 포스코케미칼 사장은 “원료의 승자가 배터리소재 사업의 승자가 될 것”이라며 “그룹의 지원으로 확보한 원료 경쟁력을 바탕으로 글로벌 배터리사를 대상으로 적극적인 마케팅을 전개해 시장 점유율을 높여 나갈 것”이라고 말했다.

“우리나라 대기업들이 집중 투자하는 배터리 산업도 지금처럼 가다가는 ‘제2의 요소수’ 사태처럼 언제든지 멈춰 설 수 있다. 배터리 제조에 필수적인 흑연 음극재의 중간재를 100% 중국에 의존하기 때문이다. 그러나 우리 회사는 자체적으로 음극재 생산 능력을 갖추고 공장을 지을 계획이다.” 지난해 하반기 중국 당국의 요소수 수출 제한으로 국내에서는 디젤로 움직이는 자동차와 건설장비의 가동이 중단되면서 산업 일부가 마비됐다. 흑연 음극재도 우리나라가 자체적으로 생산하지 않으면 배터리 산업이 요소수 사태처럼 멈추는 대란이 재현될 수 있다는 경고다. 배터리 생산 수직 계열화에 나선 스타트업 인동첨단소재의 유성운(57) 대표를 최근 서울 서초구 서운로의 서울사무소에서 만났다. 최근 각광받는 2차전지 산업을 LG에너지솔루션이나 삼성SDI와 같은 대기업이 아니어도 할 수 있는지 반신반의하면서 찾았다. 우리가 먹거리로 삼는 배터리의 음극재는 전기를 저장하고 배터리의 수명을 결정하는 핵심 소재로 흑연이 주요 원료다. 배터리 가격의 18%를 차지한다. 시장조사 업체 SNE리서치에 따르면 연평균 39% 성장해 2025년엔 글로벌 음극재 수요가 135만 8000t으로 예상된다. ‘미래는 배터리를 가진 자가 세상을 지배한다’고 하지만 현재 전 세계에서 중국만 유일하게 음극재용 흑연 중간재를 생산한다. ‘중국만 생산한다’는 말에 고개를 갸웃거리자 유 대표는 “흑연은 우리나라뿐 아니라 세계 곳곳에 있는 흔한 광물이지만 음극소재 가공 처리를 하지 못한다”며 설명을 이어 갔다. “흑연을 음극재로 만들려면 머리카락 절반 두께인 40㎛(마이크로미터·100만분의1m) 이하로 부숴 흑연에 섞인 불순물을 걸러내야 한다. 이 과정에 염산·황산·불산 등의 독극물 수준의 화학물질이 사용되기에 중국에서도 방독면을 쓰고 작업한다. 산(酸)처리를 한 다음엔 흑연을 물로 씻는 작업 탓에 공기와 강이 심하게 오염된다. 이런 이유로 우리나라뿐 아니라 선진국에서는 흑연 가공 공장 설립 허가가 나지 않는다.” 일전에 외신에서 본 중국의 흑연 가공장 옆에 대규모 화학공장과 커다란 강이 있는 이유를 알 듯했다. 국내에서 흑연 음극소재를 만들겠다는 것은 결국 우리의 강과 공기를 오염시키는 것이 아니냐고 도발했다. 그의 답변이다. “다른 기업들은 흑연을 분쇄하면 그 굵기가 5~300㎛로 균일하지 못하다. 흑연 알갱이 크기가 40㎛ 이하만 활용하고, 나머지는 70% 정도 버려진다. 폐기되는 흑연을 우리 분쇄기에 넣었더니 크기가 1㎛로 균일하게 나왔다. 잘게 부서지면서 흑연 속의 불순물도 자연스레 분리됐다. 그러니 산처리를 하거나 세척 과정이 필요하지 않게 된 거다. 경북 포항시에 공장 부지 2만 2000평을 확보했고, 10GW(기가와트) 규모의 생산 공장 착공을 준비하고 있다. 음극재 생산이 무산되면 우리 배터리 산업은 중국에 휘둘리는 인질이 될 수 있다.” 흑연을 미세하고 균질하게 분쇄한다는 것은 쉬운 기술이 아니란다. 탄소로 구성된 흑연의 단단함은 다이아몬드와 같기 때문이란다.유 대표의 사업 출발은 방열(放熱) 시트 제조였다. 온갖 전자 제품이 작동하는 동안 발생하는 열을 밖으로 빼 식히는 방열 제품인 방열 시트를 제조하고자 달려들었다. 기기 내부의 열을 빼내지 못하면 오작동과 폭발 위험이 따르기 때문이다. 방열 소재로 열 전도성이 뛰어난 흑연이 제격이지만 결정적인 걸림돌이 있었다. 방열 시트는 미국 N사가 천연 흑연으로 만드는 특허 506개를 걸어 두고 독점적으로 생산하고 있다. 흑연으로 이 회사의 특허를 피해 방열 시트를 만드는 건 사실상 불가능했다. 이를 고민하던 유 대표는 2013년 여름 우연히 TV에서 포스코 용광로에서 흘러나오는 붉은 쇳물 위에 거뭇거뭇 뜬 부산물을 보고 ‘저건 용광로 열에 어떻게 견딜까’ 생각하다 가져와 성분을 분석했다. “분석해 보니 탄소가 99.97%였다. 고순도 탄소 덩어리였다. 이를 갈아 방열 시트를 만들고자 했지만 잘게 부술 수가 없었다. 탄소는 강철보다 7배 이상 단단하기 때문이다. 일본 분쇄기로 갈아 봤지만 오히려 기계가 망가졌다. 이때부터 탄소 덩어리를 분쇄하는 기술을 찾아 연구에 매달리다 3년 만에 성공해 원천 기술을 확보했다. 방열 시트인 복합 그래파이트를 만드는 데 성공했다. 흑연이 아니어서 경쟁사의 특허 침해의 소지도 없었다. 그러곤 2017년 4월 회사를 설립했다. 산업 부산물을 가공해 만든 우리 방열 시트의 두께는 100~1000㎛로, 주로 프리미엄 TV에 사용되며 노트북·게임기에서부터 전기차에도 쓸 수 있다. 올해 출시되는 8K TV에도 들어간다. 방열 시트는 향후 급성장이 예상돼 생산 확대도 고민하고 있다.” 탄소 덩어리를 잘게 가루 내는 이 분쇄기가 유 대표의 ‘보물 1호’다. 수많은 기술을 특허 등록했지만 이 분쇄기만큼은 특허 출원을 하지 않았고, 하지 않겠다고 했다. “특허 등록하는 순간 우리 기술이 고스란히 노출된다. 특허를 훔쳐 쓴 회사와 소송이라도 가면 수년이 걸린다. 그동안 중소기업인 우리는 진력이 다 빠진다. 상처뿐인 승리가 되지 않겠나. 지금도 분쇄기의 기술 탈취 시도가 끊임없이 이어진다.” 그가 부산물로 버려지는 흑연을 이 분쇄기에 넣었더니 곱고 균일하게 갈렸다. 이렇게 해서 음극재를 생산하는 회사가 되겠다고 나선 것이다. 특히 흑연 음극재에 실리콘을 섞으면 배터리의 용량이 크게 증가한다는 것은 학계에 알려진 사실이다. “실리콘을 코로나 바이러스 크기인 50nm(나노미터·10억분의1m)로 분쇄하는 것이 관건이다. 흑연보다 입자가 작아야 잘 섞이기 때문이다. 실리콘을 우리 분쇄기에 넣었더니 50~100nm 크기로 갈렸다. 2세대 배터리인 ‘실리콘 음극재’ 배터리 시제품을 만들었고, 국내외에서 인증받았다. 대용량 배터리에 필요한 실리콘 음극재를 공급하기 위해 2020년 FIC신소재라는 회사를 설립했고, 현재 포항에 양산 설비를 갖추고 있다. 그는 음극재의 궁극적인 기술인 ‘구상조립흑연’을 완성했다고 강조했다. “구상조립흑연은 기존 흑연보다 리튬이온의 이동 거리를 줄여 고출력 충전 및 방전이 가능하다. 전기차용 배터리에 적용하면 충전 시간이 획기적으로 단축된다. 순간적으로 큰 출력을 내야 하는 대형 트럭이나 버스도 전기차로 전환이 가능한 기술이다.” 대량생산된다면 배터리 산업에 지각변동을 불러올 기술로 보인다. 그는 배터리 완제품을 만드는 회사도 2018년 설립했고, 수도권에 공장 설립 부지를 찾고 있다. 배터리 음극재부터 완제품 생산까지 수직 계열화를 통해 최고의 배터리 제조 회사가 되겠다는 포부를 보였다. 사업을 하면서 가장 어려웠던 점을 묻자 유 대표는 “대기업도 못하는데 ‘고졸이 뭐 하겠나…’라는 시선과 ‘속임수 아냐’라는 말”이라고 털어놓았다. 하지만 그의 실력은 외국에서 먼저 인정받았다. 지난해 4월엔 영국 국영 배터리 산업화센터(UKBIC)의 초청을 받기도 했다. “돌고 돌아 배터리 제조로 왔다. 운명 같다. 고졸이지만 20대 때 수백억원을 모았다. 공부할 필요가 없었던 거다. 대학을 마치지 않았지만, 호기심이 생기면 몇 년씩 끝까지 파고든다. 외국 논문도 읽고, 기계를 직접 만든다. 이게 공부 아닌가.”

각종 스마트 기기의 사용이 일상화되고 탄소중립 트랜드에 따라 자동차들도 화석연료 기반 내연기관에서 전기차로 바뀌고 있다. 특히 전기차의 경우 전지의 용량과 수명은 매우 중요한 요소이다. 이 때문에 용량과 수명을 늘리기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 국내 연구진이 액체 첨가제를 이용해 리튬배터리의 수명을 늘리는 방법을 찾아냈다. 카이스트 신소재공학과, 충남대 유기재료공학과 공동연구팀은 새로운 대칭성 이온성 액체 첨가제를 개발하고 이를 이용해 장(長)수명 리튬금속전지를 만들었다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 실렸다. 리튬금속전지는 리튬전지의 음극재를 흑연에서 리튬금속으로 대체한 것으로 에너지 밀도가 높다는 장점을 가진 차세대 전지이다. 문제는 리튬금속 증착시 내부 단락이 발생해 배터리 수명과 안전성이 떨어지기 쉽다는 것이다. 이에 연구팀은 이온성 액체를 이용해 리튬의 안정적 증착을 유도해 단락을 막아준다는 사실에 착안했다. 연구팀은 비대칭적 이온성 액체 대신 분자구조가 대칭을 띄는 이온성 액체 첨가제를 새로 개발해 사용했다. 이번에 개발한 이온성 액체 첨가제는 리튬금속전지의 안정성을 크게 개선해주는 것을 확인했다. 실제 이번에 개발한 이온성 액체 첨가제를 니켈-코발트-망간 전지에 사용하면 600번 이상의 충방전 과정에서도 초기 용량의 80% 이상을 유지하며 성능도 그대로 유지하는 것이 관찰됐다. 이는 기존 유사한 기술에 비해 3배나 우수한 결과이다. 강지형 카이스트 교수는 “이번 연구는 장수명 리튬금속전지를 만들기 위한 전해질 설계방향을 새롭게 제시했다”며 “이번에 개발된 신개념 전해질은 배터리 소재 시장에 게임체인저가 될 수 있을 것”이라고 설명했다.

삼성전자가 10일 온라인으로 삼성 갤럭시 언팩 2022행사를 개최하고 새로운 플래그십 스마트폰 갤럭시S22 시리즈와 갤럭시탭S8 시리즈를 전격 공개했다. 갤럭시S22 시리즈는 삼성전자 사상 가장 빠른 4㎚ 공정의 강력한 최신 프로세서를 지원하며 신경망처리장치(NPU) 업그레이드로 최대 73% 향상된 머신러닝(ML) 성능을 자랑한다. S22 시리즈는 각각 6.1형, 6.6형 디스플레이를 실은 S22와 S22플러스 그리고 6.8형 대화면을 적용한 S22울트라 3종으로 출시된다. 운영체제는 안드로이드 12와 삼성 OneUI 4.1버전으로 출고될 예정이다.S22와 S22플러스는 하우징(housing)과 카메라 범프(bump)가 매끄럽게 이어지는 컨투어 컷(Contour Cut) 디자인을 계승했다. 하지만 측면이 약간 평평해지면서 샤프한 인상을 준다. 디자인이 변한 S22 울트라의 경우 대표적인 특징(실루엣, 각종 버튼 부, S펜 슬롯 등)은 갤럭시노트20을 계승했다. 하지만 후면 카메라 범프가 사라지고 LG가 플래그십 모델 벨벳에서 선보인 워터 드롭(Water Drop) 디자인을 적용해 부드럽고 유려한 인상을 준다. S22와 S22플러스는 팬텀 화이트, 팬텀 블랙, 그린, 핑크 골드 4가지 색상을 기본으로 하며 S22플러스의 경우 크림, 바이올렛, 스카이 블루, 그래파이트 색상이 삼성닷컴 단독으로 출시된다. S22울트라는 팬텀 화이트, 팬텀 블랙, 그린, 버건디의 4가지 색상이 기본 제공되며 삼성닷컴 단독 컬러로는 레드, 그래파이트, 스카이블루의 3가지 색상이 준비됐다.갤럭시S22 시리즈는 다이내믹 아몰레드 2X 디스플레이가 탑재됐다. 갤럭시 S22의 부분 최대 밝기는 1300니트(nit·휘도의 단위) S22플러스와 S22울트라의 최대 밝기는 1750니트로 시인성이 향상됐다. 뿐만 아니라 전 기종에 주변 빛(조명)의 강도가 디스플레이에 미치는 영향을 고려해 시인성을 크게 향상시키는 솔루션인 비전 부스터가 적용됐다. 갤럭시 S22는 콘텐츠에 따라 최대 120㎐ 화면 주사율까지 가변적으로 조정된다. S22 울트라의 최대 주사율 범위는 1~120㎐로 S22와 S22플러스의 10~120㎐와 대비된다. 이로 인한 이점은 갤러리에서 사진을 감상하는 비교적 정적인 활동 시 전력 소모를 줄일 수 있다는 데 있다. S펜이 내장되도록 설계된 갤럭시S22울트라의 디스플레이는 인공지능(AI)을 이용 S펜의 궤적을 예측해 반응성을 높였다. 노트20울트라 대비 3배 이상 빠르다는 것이 삼성 측의 설명이다.갤럭시S22 시리즈는 하드웨어 개선보다 신경망처리장치(NPU) 퍼포먼스 향상과 소프트웨어 최적화로 카메라 셔터 랙, 렌즈 전환, 이미지 후보정(디테일 및 암부), 오토포커스, 심도 분석 등 사용자 경험을 한 단계 끌어올렸다. 향상된 슈퍼 HDR(눈으로 직접 보는 것과 최대한 가깝게 밝기의 범위를 확장하는 기술)은 역광의 불리한 촬영 환경에서도 보다 명료한 동영상 촬영을 할 수 있도록 만들어주는데 전작과 비교해 64배 더 생생한 컬러를 즐길 수 있다. 특히 광학식 손떨림 방지 기술(OIS)의 보정각은 58% 더 넓어져 촬영 안정성을 높였다. 갤럭시S22와 S22플러스는 전작 대비 약 23% 큰 이미지센서가 탑재됐고 향상된 AI 성능과 결합 나이토그래피(야간 저조도 촬영) 기능을 지원해 어두운 환경에서 다양한 색상과 디테일을 선명하게 표현해준다. S22 시리즈 전 기종의 후면 카메라는 독점적인 저반사 나노 코팅 기술의 슈퍼 클리어 글래스가 적용되면서 야간 촬영 시 빛 번짐 및 빛 반사의 걱정을 크게 줄일 수 있게 됐다. 그리고 오직 S22울트라의 광각 카메라에만 슈퍼 클리어 렌즈가 적용돼 있는데 삼성전자 측에서 정확한 차이점을 알려주지 않았다. 게다가 가변형 픽셀(Adaptive Pixel)은 조명에 따라 갤럭시 S22와 S22플러스 5000만 화소 고해상도 모드와 1200만 화소 고감도 사이를 전환한다. (단, S22울트라의 고해상도 모드는 1억 8000만 화소이며 고감도 모드는 1200만 화소이다.) 해당 기능은 동시에 사용할 수 있으며 밝고 선명한 사진을 위해 프레임을 쉽고 빠르게 결합할 수 있다는 게 삼성의 설명이다. 갤럭시 S22와 S22플러스의 전면에는 1000만 화소 듀얼픽셀 카메라가 장착됐다. 후면에는 5000만 화소 듀얼픽셀 광각 카메라, 1200만 화소 초광각과 1000만 화소의 망원 카메라를 탑재해 최대 30배 스페이스 줌(Space Zoom)을 지원한다. 갤럭시 S22울트라의 전면은 4000만 화소 듀얼픽셀 카메라가 후면은 쿼드 카메라 구성으로 1억 800만 화소 듀얼픽셀 광각 카메라, 1200만 화소 초광각 그리고 1000만 화소의 3배, 10배 망원 카메라가 탑재되어 최대 100배 스페이스 줌을 지원한다.갤럭시S22울트라의 방열 시스템은 흑연 시트와 베이퍼 챔버(열 분산기) 더불어 나노섬유의 신소재인 nano-TIM(Thermal Interface Material)이 사용됐다. 삼성전자에 따르면 “최신 TIM은 더 두꺼운 형태의 새로운 젤을 이용 열을 더 빨리 전달한다. 기존 제품보다 3.5배 더 빠른 열전도 효과를 보여준다”라고 밝혔다. 갤럭시 S22울트라는 효율적인 열 방출로 성능 저하 현상을 최대한 늦춰 쾌적한 사용 환경을 제공해 줄 것으로 보인다.갤럭시S22부터 S22울트라 순으로 3700, 4500, 5000mAh의 배터리가 탑재됐고 45W 고속 충전 기술은 갤럭시S22플러스 이상부터 지원된다.　 S22 시리즈의 전기종에는 알루미늄 소재 중 가장 튼튼한 아머 알루미늄이 사용됐으며 방수 방진에 IP 68등급이 적용됐다. 액정을 보호하는 강화유리로는 코닝의 고릴라 글래스 빅투스플러스가 최초 적용돼 내구성을 한 단계 끌어올렸다. 그밖에 S22플러스와 S22울트라의 경우 기존 와이파이6 보다 2배 빠른 와이파이 6E를 지원해 쾌적한 온라인 환경을 제공한다.  국내의 경우 갤럭시 S22와 S22플러스는 256GB(8GB RAM) 메모리를 탑재한 단일 모델로 출시되며, 가격은 각각 99만 9900원, 119만 9000원이다. 갤럭시S22울트라의 경우 256GB, 512GB(12GB RAM) 모델은 145만 2000원, 155만 1000원이다. 삼성닷컴 단독으로 판매되는 1TB(12GB RAM) 모델의 출고가는 추후 공개될 것으로 보인다. 갤럭시 S22 시리즈는 14일부터 21일까지 사전 판매를 진행하며 25일부터 국내를 포함한 전 세계 시장에 순차적으로 출시된다.

지난 3일 대선후보 TV토론에서 ‘RE100’이 거론되면서 새삼스레 세간의 화제가 됐다. 기업이 사용하는 전력을 100% 태양광·풍력 등의 재생에너지로 충당한다는 개념의 RE100은 에너지 전환 과정에서 기업의 자발적 역할을 강조하는 것이라 할 수 있다. RE100을 둘러싼 논란은 우리 사회가 아직도 에너지 전환의 필요성에 대해 충분히 인식하지 못하고 있음을 단적으로 보여 준 사례라고 할 수 있다. 그동안 에너지 전환과 관련한 논의는 주로 재생에너지 비중 확대와 석탄화력발전소 폐쇄, 전기자동차 보급의 타당성과 속도를 중심으로 진행돼 왔다. 반면 태양광 발전소와 풍력발전단지, 그리고 전기자동차로 대표되는 재생에너지 기반 전력시스템 구축에 필요한 막대한 광물자원을 어디에서 어떻게 조달할 것인지에 대한 논의는 거의 이뤄지지 않았다. ●풍력발전 광물, 가스화전의 9배 필요 내연기관 자동차의 경우 대당 약 33㎏의 구리와 망간이 필요했지만 전기자동차의 경우 6배 이상 많은 광물자원이 필요하다. 전기자동차의 핵심인 이차전지에 리튬, 니켈, 코발트, 망간 및 흑연이 대량으로 필요하기 때문이다. 그런가 하면 풍력발전의 경우 일반적인 가스화력 발전에 비해 9배 이상 더 많은 광물자원을 필요로 한다. 희토류 원소 역시 풍력 발전기와 전기자동차의 모터에 필수적으로 포함되는 영구자석의 성능 향상을 위해 대량으로 사용된다. 에너지 전환은 현재보다 더 많은 전기를 생산하고 소비하는 것을 전제로 하기 때문에 이를 위해서는 대량의 구리와 알루미늄이 필요하다. 구리가 모든 전기 기술의 기초라는 사실은 재생에너지에도 동일하게 적용된다. 분산형 전력망 구축을 위해서는 새로운 송전망 건설이 필수적인데 여기에 소요되는 구리와 알루미늄의 수요량도 현재보다 증가할 것이 확실하다. 국제에너지기구(IEA)의 전망에 따르면 전 세계 전력망 건설에 필요한 연간 구리 수요는 2020년 500만t 규모인데 2040년에는 750만~1000만t으로 증가할 것으로 예상된다. 알루미늄 수요도 2020년 900만t 규모에서 2040년 1200만~1600만t으로 증가할 것으로 예상되고 있다. 재생에너지로의 전환은 코발트, 구리, 리튬, 니켈, 희토류 등 일명 ‘전환광물’에 대한 수요를 증가시킬 수밖에 없다. 충분하고 안정적인 전환광물 공급이 에너지 전환의 핵심 요소인 것이다. 깨끗하고 청정한 에너지 공급을 위해서는 거대한 광산이 필요하다는 건 분명 모순이다. 그러나 현실이기도 하다. 에너지 전환 가속화로 광물 수요는 급증하고 있는 상황이다. IEA 추산에 따르면 2050년까지 ‘탄소중립’, 넷제로(Net Zero)를 달성하기 위해서는 전환광물이 지금보다 6배 이상 더 많이 필요하다. 문제는 이러한 광물이 과연 충분할 것이냐, 그리고 안정적으로 공급될 것이냐에 있다. 현대사회의 근간이 되고 있는 석유의 경우 러시아, 미국, 사우디아라비아가 최대 생산국 지위를 유지하고 있지만 이들의 비중은 전체 생산량의 40% 수준에 머무르고 있다. 이에 비해 전환 광물은 특정 국가의 비중이 매우 높다. 니켈의 경우 인도네시아가 전체 생산량의 33%를 차지하고 있고 코발트는 콩고민주공화국이 69%를 점하고 있다. 흑연과 희토류의 경우 중국이 64%, 60%를 공급한다. 리튬도 호주가 52%로 절반 이상을 공급하고 있다. 전환광물 대부분이 상위 3개국 점유율이 80% 수준에 이를 만큼 특정국가 의존도가 매우 높은 특징을 지니고 있는 것이다.●니켈·희토류 등 특정국가 의존도 높아 더 큰 문제는 이들 광물을 정련하고 제련하는 과정 대부분이 중국에서 이루어지고 있다는 점이다. 중국은 희토류 가공의 87%를 점하고 있을 뿐만 아니라 니켈(35%), 구리(40%), 코발트(65%), 리튬(58%) 등도 절대적인 가공 점유율을 기록하고 있다. 에너지 전환의 속도가 빨라질수록 중국에 대한 의존도는 더욱 높아질 수밖에 없는 구조인 것이다. 보다 더 근본적인 문제는 과연 인류가 필요로 하는 양을 확보할 수 있을 것인가이다. 프랑스석유에너지연구소(IFPEN)의 분석에 따르면 2050년까지 세계 평균기온 상승을 섭씨 4도 이하로 묶어 두기 위해서는 현재까지 확인된 코발트의 62%, 구리 82%, 니켈 48%를 채굴해야 한다. 파리협정에서 요구하고 있는 섭씨 2도 이내 상승을 달성하기 위해서는 코발트의 93%, 구리의 96%, 니켈의 56%를 채굴해야 한다. 그런데 현실적으로 이런 규모로 잠재 매장량 대부분을 채굴하는 것은 매우 어렵다. 게다가 이들 광물의 가격 상승을 유발함으로써 인류가 목표로 하는 에너지 전환을 어렵게 할 수 있다. 원자재 가격은 에너지 전환에 필요한 기술의 비용 구조에서 중요한 요소를 차지하고 있다. 리튬 이온 배터리의 경우 기술개발과 규모의 경제를 달성하면서 지난 10년 동안 전체 비용을 90%까지 낮췄다. 그러나 이 과정에서 전체 배터리 생산 비용에서 차지하는 원자재 비중은 5년 전의 40~50% 수준에서 50~70%로 높아졌다. 리튬과 니켈 가격이 동시에 2배가 된다면 배터리 생산 능력이 2배로 증가할 때 기대할 수 있는 단위 비용 절감을 무력화할 수 있는 것이다. 수요 증가로 인한 가격 상승은 새로운 광물자원의 탐사로 이어져 수요를 충족시킬 수 있다는 반론도 물론 제기될 수 있다. 그러나 광물자원의 탐사와 채굴은 일반적인 제조업에 비해 훨씬 더 긴 시간을 필요로 한다. 현재까지 알려진 주요 광산의 경우 발견에서 생산까지 평균 16.5년이 소요된 것으로 분석되고 있다. 더 큰 문제는 이미 주요 광산의 질적 저하가 나타나고 있다는 점이다. 채굴 비용이 낮은 광산은 이미 개발돼 사용됐기 때문에 앞으로 개발될 광산은 품질이 낮을 가능성이 크며, 이러한 곳에서 생산되는 광석에서 필요한 양을 추출하기 위해서는 더 많은 생산비용과 에너지가 들고 더 많은 폐기물을 만들어 낼 수밖에 없는 것이다. 또한 현재 진행되고 있는 기후변화로 인한 영향이 두드러진 지역에 이들 전환광물이 집중적으로 매장돼 있는 점 역시 안정적인 공급을 어렵게 하고 있다. 이와 더불어 ESG(기업의 비재무적 요소, 즉 환경·사회·지배구조)를 중시하는 기업 경영의 흐름 역시 광업에 대한 투자를 축소시키고 있다. 광업의 특성상 자연환경을 훼손하고 지역사회에 대한 대규모 이주 등을 수반할 수밖에 없기 때문에 ESG 관점에서는 적절하지 않은 활동으로 간주되며, 이에 따라 기업 및 금융기관은 관련 투자에 대해 소극적 태도를 보일 가능성이 높고, 이는 생산 증가를 어렵게 할 것이다. ●정부, 자원외교 논란에 ‘뒷걸음’ 에너지 전환은 의지로만 되는 것은 아니다. 더 높은 재생에너지 비율과 온실가스 감축목표를 제시하더라도 실제 달성을 위해서는 이에 필요한 물리적 수단과 원료들이 필요함은 명백하다. 깨끗하고 무한할 것 같은 재생에너지 확대를 위해서는 명확하게 유한한 광물자원을 더 많이 확보해야 한다는 사실을 우리는 간과하고 있다. 전환광물 확보를 위해 적극적인 해외투자가 필요한데도 우리는 최근 자원외교를 둘러싼 논란 속에 코발트 가격 상승이 시작되는 상황에서 해외 사무소를 철수시켰고, 확보해 놓은 구리 광산도 매각하는 우를 범했다. 에너지 전환이 우리가 달성해야 할 목표라면 이에 걸맞은 시스템과 체계를 구축하도록 노력해야 한다. 광물자원을 확보하기 위한 투자 외에도 기존에 생산된 제품에서 이를 회수하고 재활용할 수 있는 기술 개발에 적극적으로 나서야 할 것이다. 무엇보다도 최소 15년 이상 소요되는 장기간의 투자와 기다림을 지속할 수 있는 체계와 제도의 정비, 그리고 실패를 용인할 수 있는 자세가 필요하다.

“충전 인프라가 신속하게 갖춰지지 않으면 ‘전기차 혁명’은 중단될 수 있다.” 영국 파이낸셜타임스(FT)는 최근 보도에서 이렇게 경고했다. 전기차 대전환 시대에 전기차 구매가 망설여지는 이유는 분명하다. 여전히 아슬아슬한 주행거리, 여기에 길고 불편한 충전시간도 한몫한다. 이는 배터리 회사들의 다각적인 경쟁을 촉발하는 요인이 되기도 한다. 최근 업계는 주행거리와 관련이 있는 양극재 외에도 충전시간 단축, 배터리 성능 강화 등과 연관된 ‘음극재’ 고도화에 나서고 있다. 음극재는 양극재, 분리막, 전해액과 더불어 배터리 4대 소재다. 대세인 리튬이온배터리는 리튬이온이 양극, 음극을 오가면서 전기 에너지를 발생시킨다. 리튬이온이 양극에서 나와 음극으로 들어가는 것이 충전이다. 음극을 잘 설계해야 배터리의 충전 성능을 높일 수 있는 것이다. 현재 음극재로 가장 많이 활용되는 소재는 흑연이다. 규칙적이고 안정된 구조를 갖추고 있어서다. 다만 에너지 밀도가 낮아 흑연만으로는 음극재의 성능을 고도화하는 데 한계가 있다. 이를 극복할 첫 번째 소재가 바로 실리콘이다. 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높은 실리콘을 쓰면 충전과 방전 속도를 비약적으로 높일 수 있다. 문제는 ‘스웰링’ 현상이다. 실리콘을 첨가하면 배터리 안에서 빵처럼 부풀어 올라 다른 소재들을 망가뜨리는 것을 말한다. 업계는 흑연에 실리콘을 조금씩 첨가하면서 팽창을 막고 음극재 구조를 안정화하기 위한 연구를 진행 중이다. 현재는 실리콘을 5~8% 정도 함유하는 데 그치고 있지만, 기술 개발 시 최대 20%까지도 가능할 것으로 보인다. 업계에 따르면 실리콘 음극재 시장은 2025년 29억 달러(약 3조 5000억원)에 이어 2030년에는 146억 달러까지 성장할 것으로 예상된다. LG에너지솔루션은 흑연에 실리콘 소재를 첨가하는 기술을 세계 최초로 양산 적용한 회사다. 2019년에 나온 포르쉐 타이칸 전기차에 관련 기술이 적용된 배터리가 탑재됐다. LG엔솔은 실리콘의 팽창을 막아주는 ‘CNT 도전재’라는 것을 첨가해 문제를 해결했다고 한다. 여기에 2018년 세계 최초로 적용한 ‘더블레이어코팅’ 기술도 있다. 전극의 ‘슬러리’(활물질·바인더·첨가제·용매를 혼합한 것)를 코팅하는 기술인데, 이를 통해 음극재를 강화하고 배터리 충전 속도를 개선할 수 있다고 한다. LG엔솔은 음극재 슬러리를 동박에 코팅했다. 현재 급속 충전 기준 20~30분 내에 전기차 완전 충전이 가능한 것은 이 두 기술 덕분이다. 배터리 소재회사들도 실리콘 음극재 경쟁에 사활을 걸고 있다. 동박을 생산하는 SKC는 컨소시엄을 통해 최근 영국의 실리콘 기술기업인 넥세온에 8000만 달러를 투자해 지분과 실리콘 음극재 사업을 확보하기도 했다. 실리콘 음극재 양산을 담당할 회사를 올해 설립할 예정이며 2024년 양산하겠다는 계획이다. 실리콘 음극재의 부피 팽창을 견디는 고강도 동박 기술을 활용해 음극재 비중을 높이는 등 양사의 시너지를 최대한 내겠다는 전략이다. 전통 흑연 음극재 강자인 포스코케미칼도 실리콘 음극재를 개발해 내년 하반기쯤 생산할 것으로 보인다. 일단 실리콘의 함량을 높이는 데 아웅다웅하고는 있지만, 그 이후에 대한 고민도 있다. SK이노베이션에서 독립한 배터리 회사 SK온은 음극재를 흑연이나 실리콘이 아닌 리튬메탈을 채택한 ‘리튬메탈배터리’(LMB)도 장기적인 관점에서 연구하고 있다. 현재 리튬메탈 배터리는 음극에 쌓인 리튬이 바깥으로 나와 화재가 발생할 위험이 있지만, 이를 막아줄 특수 코팅 등 기술들이 앞으로 주목을 받을 것으로 보인다.