에너지硏, 전기자동차 주행거리 4배 늘리는 신소재 개발

강완협 기자 발행일 2018-03-08 14:20:13 댓글 0
생산단가 日 상용화제품에 비해 50% 수준…기술 이전 통해 내년 1월 양산화
▲ 장보윤 한국에너지기술연구원 박사.

4차 산업혁명이 대두되며 전기자동차나 각종 전자기기 가동을 위한 에너지저장원으로서 리튬이온전지 산업이 주목받고 있는 가운데 국내 연구진에 의해 나노기술을 기반으로 한 전기자동차 주행거리를 늘리는 신소재 기술이 개발됐다.


한국에너지기술연구원은 장보윤 박사 연구진이 나노기술을 기반으로 하는 리튬이온전지 음극 소재인 산화규소(SiOx) 나노분말 제조기술과 노하우를 개발하는데 성공했다고 8일 밝혔다. 이 기술은 지난해 말 국내 중소기업에 기술이전 계약을 체결했다.


세계 리튬이차전지 시장은 2010년 약 115억 달러 규모에서 연평균 17.24%씩 성장, 2013년 185억4000만 달러 규모로 성장했다. 2013년 이후에는 연평균 18.49%씩 성장해 올해에는 433억 달러에 이를 전망이다.


그동안 리튬 이온전지중에서 가장 많이 회자되는 전기자동차 배터리는 자동차 가격의 절반 이상을 차지하고 있지만 긴 충전시간과 기존 내연기관 자동차보다 떨어지는 주행거리 성능이 단점으로 지적받았다.


▲ 산화규소(SiOx) 나노분말 제조장치.

연구진이 개발한 이 기술을 이용해 제조된 산화규소 나노분말에는 리튬과의 반응성이 높은 실리콘이 포함돼 있다.


연구진에 따르면 이를 리튬이온전지에 적용하면 현재 주로 사용되고 있는 흑연 음극재에 비해 에너지 용량을 4배 높일 수 있다.


규소는 상압 조건에서 산화 반응을 제어하기 어렵기 때문에 진공 상태에서 합성하는 것이 일반적이다. 제조가격도 비싼 편이다.


이에 비해 이번에 개발한 제조 기술은 합성반응영역을 진공 상태와 흡사하게 만들어 상압 조건에서도 합성할 수 있도록 설계됐다.


또 제조 시 kg당 2~3달러 정도의 저가 규소원료만을 사용하고 금속분야에 일반적으로 사용되는 유도용융장치를 사용해 유일하게 상용화된 일본 제품 대비 30~50%의 생산단가 절감 효과를 나타냈다.


이 기술을 이전받은 업체는 함께 제품생산 및 판매를 위한 연구개발을 진행중이다. 오는 2019년 1월부터 제품을 양산화해 테슬라를 비롯해 세계 각국의 배터리 제조업체 및 리튬이온전지 생산업체에 공급할 계획이다.


장보윤 에너지연구원 분리변환소재연구실 연구책임자(박사)는 “고품질의 산화규소 나노분말이 전기자동차용 배터리에 적용되면 기존 전기자동차의 배터리 가격 저하를 위해 핵심적인 역할을 할 것”이라며, “한번 충전으로 500km이상의 주행거리를 확보해 기존 내연기관 자동차를 대체하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.


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