경남 창원에 본원을 둔 한국전기연구원(KERI, 원장 최규하)이 정부의 '전기자동차용 차세대 리튬금속 이차전지 핵심 원천기술 개발 사업'을 이끌게 됐다.
9일 KERI에 따르면 이 사업은 정부에서 ‘거대과학연구개발사업’의 하나로 추진하는 사업으로, 2018년 7월 27일부터 2023년 2월 26일까지 55개월 동안 연구개발비 약 243억원이 투자되는 대형 프로젝트다.
그런데 이 사업 주관기관은 KERI이고, 총괄 연구 책임은 이상민 KERI 전지연구센터장이 맡으면서 연구개발을 선도하게 된 것이다. 참여 연구기관은 한국생산기술연구원, 한국과학기술원, 전자부품연구원이다.
현재 상용화되어 있는 리튬이온전지는 음극재로 ‘흑연’이 사용된다.
음극재는 양극재·분리막·전해질 등과 함께 리튬이온전지를 구성하는 핵심 부품으로, 충전 시 리튬이온을 저장해뒀다가 이를 방출함으로써 전기를 발생시키는 역할을 한다.
흑연 전극은 사이클 수명이 우수하고 음극활 물질이 지녀야 할 조건인 안정성과 낮은 전자 화학 반응성 등을 갖춘 재료로 손꼽히지만, 용량이 적어 충·방전 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 전 세계 흑연의 약 70%가 중국에서 생산될 정도로 수입에 의존하고 있는 현실이다.
이에 흑연을 대체할 수 있는 '리튬금속'이 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목받고 있다.
음극 물질 중에서 구동 전압이 가장 낮고, 흑연 음극보다 용량이 10배 정도 우수하기 때문이다.
이미 일본, 미국 등 선진국에서는 리튬금속 음극을 기반으로 하는 차세대 이차전지 개발을 위해 정부 주도로 거액의 연구비를 투자하며 기술 선점을 노리고 있다.
미국은 지난 2016년부터 총 5000만 달러(약 560억원) 규모로 'Battery 500' 과제를 수행하고 있으며, 일본도 올해 자동차 및 전지업체가 공동으로 모여 차세대 리튬전도체 전지 개발을 수행하고 있다.
우리나라도 그동안 리튬금속을 적용하기 위한 연구 시도가 많이 있었지만, 그 규모가 작고 안전성과 장기 신뢰성을 확보하는 데 어려움을 겪어왔다.
하지만 이번 정부 주도 대형 연구 프로젝트를 통해 기존 리튬이온전지의 성능 한계를 뛰어넘는 고효율·고성능 차세대 이차전지 개발의 길이 열리게 된 것이다.
정부와 연구팀은 이번 연구 프로젝트가 성공적으로 마무리되면 리튬이차전지를 동력으로 활용하는 친환경 전기차의 성능 향상 및 안정성 확보, 가격경쟁력 강화에 큰 도움이 될 것으로 보고 있다.
연구 책임자인 이상민 KERI 센터장은 "리튬금속 원천기술 개발은 파급력이 큰 만큼 기술적 난이도가 매우 큰 기술"이라며 "국내 최고 전문가들과 협심해 과제를 성공적으로 수행하도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
