한국전기연구원(KERI, 원장 명성호)이 개발한 ‘고용량 리튬이온전지용 실리콘/그래핀 복합 음극재 대량 제조기술’이 기업체에 11억 원에 대형 기술이전되는 쾌거를 이뤘다.

전기연구원 전기재료연구본부 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀이 공동으로 개발한 이 기술은 친환경 전기차 및 스마트폰 등에 사용되는 리튬이온전지의 음극소재인 실리콘의 단점을 보완하면서 저렴한 가격으로 국내 중소·중견업체들도 쉽게 접근이 가능한 획기적인 복합 음극재 제조기술이다.

차세대 음극소재로 주목받는 실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지밀도가 10배나 높고 충·방전 속도가 빠르다는 장점이 있지만 충·방전 시의 부피팽창 문제와 전기전도도가 낮다는 단점이 있다.

이에 따라 전기연구원이 주목한 소재는 ‘그래핀’으로 그래핀은 2차원 탄소나노소재로서 전도성이 매우 우수하고, 전기화학적으로도 안정해 실리콘을 전해질로부터 효과적으로 보호할 수 있다.

또 그래핀 코팅층은 우수한 기계적 강도를 지닌 그물망 구조로 실리콘 부피팽창에 따른 성능 감소를 억제할 수 있는데 이러한 원리를 기반으로 전기연구원은 실리콘과 그래핀의 복합화를 통해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재 제조기술을 개발했다.

이번 기술의 최대 강점은 중소·중견기업들도 쉽게 접근할 수 있을 정도의 우수한 가격경쟁력으로 해당 성과는 탁월한 기술력을 인정받아 전기전자 소재·부품 전문기업인 ㈜HNS에 최근 11억 원에 기술이전됐다.

이번 기술개발 책임자인 이건웅 박사는 “실리콘/그래핀 복합 음극재 기술은 친환경 전기차, ESS, 방위산업, 우주·항공 등 다양한 분야에서 활용되는 고용량 리튬이온전지의 성능을 획기적으로 높일 것”이라며, “특히, 전기차에 적용할 경우 배터리의 성능을 높여 주행거리를 약 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

향후 리튬이온전지용 음극재 분야에서의 기술위위 확보를 위해 세계최고 수준의 고품질 실리콘/그래핀 복합 음극재 소재 연구 연구역량을 확보하고, 개발 소재에 대한 생산 공정화 및 양산화 기술을 확보해 사업화 및 상용화까지 지원할 계획이다.