실리콘, 구리 단점 그래핀으로 해결
미래 모빌리티 배터리와 전장부품 활용
한국전기연구원(KERI·원장 직무대행 김남균)은 전기재료연구본부 개발 '미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속·그래핀 복합전극'이 '2022년 국가연구개발 우수성과 100선'에 올랐고, 100선 가운데 12개에 주어지는 최우수(기계·소재 부문)성과로 선정됐다고 9일 밝혔다.
'미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속·그래핀 복합전극'은 '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 등에 사용하는 리튬이온전지의 음극 소재 실리콘(Si)의 단점을 그래핀 도입으로 보완해 상용화 가능성을 높였다. 전도성이 우수하고, 전기 화학적으로 안정된 '그래핀'을 실리콘과 복합화해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재를 제조한 성과다.
해당 연구팀은 10년 이상 연구를 통해 높은 결정성과 전기 전도성을 지닌 고품질 그래핀 제조기술과 고풀질 그래핀을 리튬이온전지 음극 제조 공정에 적용 가능한 '고농도 페이스트 형태의 그래핀 수(水)계 분산 기술'을 보유하고 있었다.
두개 기술을 기반으로 '코어-쉘(Core-Shell, 코어인 실리콘을 그래핀이 껍데기처럼 감싸는 방식) 구조의 복합 음극재를 대량 제조하는 데 성공했다. 재료도 기존 고가 나노 실리콘 대비 값싼 마이크론(μm) 크기의 실리콘을 활용해 가격 경쟁력을 확보했다.
전문가들은 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술을 전기차에 적용하면 배터리 성능을 높여 주행거리를 약 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 전망하고 있다.
KERI는 이 기술을 HNS에 이전하고, 현재 상용화를 준비하고 있다.
'저가형 구리·그래핀 복합 잉크 기술'은 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기 부품 제조는 물론, 소재·부품산업에서 폭넓게 활용하는 필수 소재다.
이 기술은 잉크 재료로 기존 은 대비 1/10 가격인 구리를 이용했다는 것이 특징이다.
해당 연구팀은 자체 개발한 '액상합성법'을 이용해 구리 표면에 그래핀을 효과적으로 합성하는 방식으로 구리의 산화 방지는 물론, 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정 기술을 확보했다.
95%에 달한 기존 고품질 도전성 은 잉크의 수입 대체는 물론, 소재·부품 자립화 기반 구축에도 기여할 수 있다.
KERI는 대성금속에 기술이전하고, 양산화에 이어 현재 디스플레이 및 모빌리티 전장 배선을 만드는데 활용하고 있다.
이건웅 KERI 전기재료연구본부장은 “이번 성과는 부가가치가 큰 미래 모빌리티 분야에서 중요한 전기 신소재·부품의 기술 자립 실현은 물론, 품질과 신뢰성까지 확보하는 데 크게 기여할 것”이라 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
