[첨단 헬로티]

과학기술정보통신부 산하 전기전문 연구기관인 한국전기연구원(원장 최규하, 이하 KERI)이 친환경 전기자동차의 보급에 앞장섰다. KERI는 차세대 이차전지 연구로 전기차 다중화를 앞당길 거대 국가연구개발사업을 이끌 예정이다. 이 연구는 연구개발비 약 243억 원이 투자되는 대형 프로젝트로 알려졌다.

차세대 이차전지 시장 선점하기 위한 연구 시작

KERI가 차세대 이차전지 연구를 통해 친환경 전기자동차의 보급을 앞당길 거대 국가연구개발사업을 이끌게 됐다. 정부추진 거대과학연구개발사업 ‘기후변화 대응 기술개발 사업’ 일환으로 진행되는 이번 연구의 과제명은 ‘전기자동차용 차세대 리튬금속 이차전지 핵심원천 기술 개발’이다. KERI 주관으로 진행되는 이번 연구는 한국생산기술연구원, 한국과학기술원, 전자부품연구원이 협동 연구기관으로 참여한다.

총괄 연구 책임은 KERI 전지연구센터 이상민 센터장이 맡는다. 연구는 총 55개월(2018년 7월 27일 ~ 2023년 2월 26일) 동안 진행되며 연구개발비는 약 243억이 투자된다.

연구 내용은 리튬이온전지의 성능을 뛰어넘는 차세대 이차전지 개발이다. 지금까지 사용돼왔던 리튬이온전지는 음극재로 ‘흑연’이 사용된다. 이 음극재는 양극재와 분리막, 전해질 등과 함께 리튬이온전지를 구성하는 핵심 부품이다. 음극재는 충전 시 리튬이온을 저장해뒀다가 이를 방출함으로써 전기를 발생시키는 역할을 한다.

하지만 지금까지 음극재로 사용돼 왔던 흑연 전극은 한계가 있었다. 사이클 수명이 우수하고, 음극활물질이 지녀야 할 안정성과 낮은 전자 화학 반응성 등은 갖췄지만, 용량이 적어 충전과 방전의 효율이 떨어졌다. 수입에 의존하고 있는 현실도 문제가 됐다. 실제로 현재 전 세계 흑연의 약 70%가 중국에서 생산되고 있다.

흑연의 한계를 딛고 새롭게 주목받은 차세대 음극 물질은 ‘리튬금속’이다. 리튬금속은 음극 물질 중에서 구동 전압이 가장 낮고, 흑연 음극보다 용량이 10배 정도 우수하다. 따라서 이미 일본과 미국 등 이차전지 선진국에서는 리튬금속 음극을 기반으로 한 차세대 이차전지 개발을 위해 거액의 연구비를 투자하며, 기술선점을 노리고 있다. KERI가 주도로 진행될 이번 연구도 한국이 이차전지 시장을 주도하겠다는 의도로 시작된 연구라고 볼 수 있다.

‘전기차 조기 대중화’ 실현시킬 것으로 기대

미국은 차세대 음극 물질로 손꼽힌 리튬금속을 이용한 이차전지를 개발하기 위해 2016년부터 총 5천만 불(약 560억) 규모로 ‘Battery 500’ 과제를 수행해왔다. 일본 역시 올해 자동차 및 전지 업체가 공동으로 모여 차세대 리튬전고체 전지개발을 진행하고 있다.

한국도 그동안 리튬금속을 오랫동안 적용하기 위한 연구를 시도해왔다. 하지만 규모가 작았고, 안전성과 장기 신뢰성을 확보하는 데 많은 어려움을 겪어왔다. 하지만 이번 정부 주도 대형 연구 프로젝트를 통해 기존 리튬이온전지의 성능 한계를 뛰어넘는 고효율·고성능 차세대 이차전지의 개발이 가능하게 됐다.

연구 책임자인 KERI 이상민 센터장은 “리튬금속 원천기술개발은 파급력이 큰 만큼 기술적 난이도가 매우 큰 기술”이라 밝히며 “국내 최고 전문가들과 협심해 기술적 난제를 극복하고 성공적인 과제 수행을 이끌겠다”고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구 프로젝트가 성공적으로 마무리되면 리튬이차전지를 동력으로 활용하는 친환경 전기차의 성능 향상 및 안정성 확보, 가격경쟁력 강화에 기여할 것으로 보고 있다. 또한, 전 세계적 기후변화협약에 따른 온실가스 감축에 효과적으로 대응하는 한편, 다가오는 4차 산업혁명의 중심인 전기차의 조기 대중화를 이끌 것으로 기대하고 있다.