[투데이에너지 홍시현 기자] 한국전기연구원(원장 직무대행 김남균, KERI) 전기재료연구본부의 ‘미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속/그래핀 복합전극 개발’ 성과가 ‘2022년 국가연구개발 우수성과 100선’에서 최우수에 선정됐다.
차세대 E-모빌리티분야에서 크게 주목받는 이번 성과는 크게 ‘리튬이온전지용 고용량 실리콘/그래핀 복합 음극재 기술’과 ‘전장부품용 저가형 구리/그래핀 복합 잉크 기술’로 구성된다.
‘고용량 실리콘/그래핀 복합 음극재 기술’은 친환경 전기차/선박/드론/로봇 등의 핵심 부품인 리튬이온전지의 차세대 음극 소재인 ‘실리콘(Si)’의 단점을 그래핀의 도입을 통해 보완해 상용화 가능성을 크게 높인 성과다.
실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고 방전 속도도 빠르다는 장점을 가지고 있지만 충·방전 시 300% 수준의 부피팽창 문제와 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 KERI는 전도성이 매우 우수하고 전기 화학적으로도 안정된 ‘그래핀’을 실리콘과 복합화해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재를 제조했다.
전문가들은 실리콘/그래핀 복합 음극재 기술을 전기차에 적용할 경우 배터리의 성능을 높여 주행거리를 약 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다. 해당 기술은 높은 기술력을 인정받아 전기·전자 소재·부품 전문기업인 (주)HNS(대표 남동진)에 기술이전돼 상용화가 준비되고 있다.
‘저가형 구리/그래핀 복합 잉크 기술’은 전기가 통하는 잉크로 각종 전기·전자기기의 부품 제조는 물론 소재·부품 산업 전 방위에 활용되는 필수 소재다. KERI 기술의 특징은 잉크 재료로 기존 은(Silver)의 1/10 가격 수준인 구리(Copper)를 이용했다는 것이다.
연구팀은 세계 최초로 자체 개발한 ‘액상합성법’을 통해 구리 표면에 그래핀을 효과적으로 합성해 구리의 산화 방지는 물론 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정 기술을 확보했다.
관련 기술 역시 금속소재 및 잉크 제조 전문기업인 대성금속(주)(대표 노윤구)에 기술이전돼 이미 양산화까지 이뤄져 디스플레이 및 모빌리티 전장 배선을 만드는데 구리/그래핀 잉크가 활용되고 있다.
연구 책임자인 이건웅 KERI 전기재료연구본부장은 “우리의 성과는 부가가치가 매우 큰 미래 모빌리티 분야에서 중요한 전기 신소재·부품의 기술 자립 실현은 물론 품질과 신뢰성까지 확보하는 데 크게 기여할 것”이라며 “국가연구개발 우수성과 100선 선정은 그간의 노력과 기술의 가치를 인정받는 것이라 대단히 기쁘다”라고 전했다.
KERI는 이번 국가연구개발 우수성과 100선에 ‘방사선 암 치료용 선형가속기 및 마그네트론 기술(연구 책임자 김정일 전자기파응용연구센터장)’도 이름을 올리며 의미를 더했다. 해당 기술은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하고 고에너지 방사선을 방사해 암을 치료하는 의료 핵심기술이다.