[진화하는 R&D현장] 한국과학기술연구원, 美 G·I·T 대학과 포스트 리튬이온전지 기술교류

국제협력

한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단은 리튬이온전지를 능가하는 고용량 전지 시스템 원천기술 개발 과제를 수행하며 국제 연구ㆍ개발(R&D) 교류를 확대하고 있다.

리튬이온전지는 현재 상용화된 전지 가운데 가장 우수한 성능을 갖고 있다. 하지만 전극에서 리튬이온의 삽입·탈리 반응에 의해 작동하므로 용량적 한계의 벽에 부딪치고, 원료물질인 전이금속의 고갈 등으로 인해 생산 단가가 꾸준히 상승하는 단점이 있다. 때문에 전기자동차(EV)나 건물용 중대용량 에너지저장시스템(ESS)을 위해서는 용량 및 가격면에서 극복하는 새로운 전지시스템의 개발이 필요하다. 세계적으로 이를 해결하기 위한 차세대 전지시스템에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만 아직 본격적인 상용화에는 이르지 못하고 있다.

KIST 에너지융합연구단은 그동안 친환경 녹색도시를 위한 저탄소 고효율 건물용 에너지기술, ‘이산화탄소 제로 배출’ 차량용 에너지기술, 통합형 신개념 전지 원천기술 및 에너지 융·복합 활용기술 등에 관한 연구·개발을 수행하면서 학계와 산업계를 연결하는 교각 역할을 해왔다. 또 연구ㆍ개발 결과를 다수의 연구논문과 산업재산권으로 게재 또는 등록했다. 최근까지 많은 기업과 기술실시 계약을 체결함으로써 명실상부한 에너지 저장 기술개발의 산실 기능을 해오고 있다.

연구단은 이차전지 분야의 신흥 주자로 주목받고 있는 미국 GIT대와 공동 연구를 통해 리튬이온전지를 잇는 차세대 리튬-황 이차전지 및 마그네슘이온전지 기술을 상호 교류함으로써 세계적인 수준의 원천기술을 확보했다. 이를 통해 충·방전 간 중간 생성체 용해가 발생하는 근본적인 원인을 분석하고 전해질을 조절하는 기술을 개발, 이를 자연적으로 억제할 수 있는 새로운 메커니즘을 제시했다. 또 황의 지극히 낮은 전기전도 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 다양한 방법론을 내놨다. 게다가 나노구조의 전이금속화합물 양극소재를 이용해 고용량 마그네슘이온전지 양극을 개발했다. KIST 에너지융합연구단 조원일 박사(사진)는 “리튬-황 이차전지의 주수요처인 전기자동차 관련 시장은 현재 30억달러가량이나 앞으로 폭발적으로 규모가 증가해 2020년에는 10배 증가한 300억달러가 넘을 것으로 예측된다”며 “새 시장으로 급격히 주목받고 있는 마그네슘이온전지도 중대형 에너지저장시스템(ESS) 등에 이상적으로 쓰일 수 있는 전지시스템”이라고 소개했다.