유로셀은 지난 4월 24일부터 25일에 미국 뉴욕에서 진행된 제27회 ICUS(International Conference on the Unity of Sciences) 학술대회의 배터리혁신 섹션에서 구상조립 흑연 성공 및 실증 사례를 발표했다고 밝혔다.
ICUS는 미국 워싱턴에 등록된 환경과 과학기술을 주제로 한 27년 전통의 학회로, 과학기술을 통해 지구 환경오염 개선에 대한 연구를 저명한 연구자들이 연구 결과를 공유하는 컨퍼런스이다. 의장은 노벨상 수상자인 뤼크 몽타니에(Luc Montagnier)다. 이날 발표된 논문은 백악관 및 영국 왕립학회와 전 세계 대학 도서관에 비치될 만큼 저명한 학술 컨퍼런스다.
유로셀은 섹션3에서 ‘새로운 에너지 기술의 미래전망’이라는 주제로 발표했으며, ‘전기를 저장하는 배터리의 혁신’과 관련해 한양대학교 선양국 교수, 유로셀의 이병관 연구소장, 워싱턴대학의 교수 Schalkwijk가 발표를 진행했다. 한양대 선양국 교수는 고용량 양극재의 문제점을 합성 단계에서 이종원소(heterogeneous elements)를 도핑 또는 치환하는 방법으로 접근하여, 고용량 양극재의 수명 및 안정성 문제를 개선한 연구를 발표했다.
유로셀은 차세대 고용량 음극재인 실리콘과 기존 흑연을 복합화 함으로써 안정성과 고용량을 동시에 구현하는 음극재 기술의 마지막으로 불리는 구상조립 흑연 구현에 대해 발표했다.
기존 실리콘은 충전 및 방전 과정에서 약 400%의 부피팽창으로 인해 수명이 매우 짧은 단점으로 상용소재로 사용할 수 없었고 이런 부피팽창 문제를 해결하기 위해서는 실리콘 입자 크기가 100nm 이하로 작아져야 하지만 생산단가가 매우 비싸거나 기계적으로 분쇄하는 방식으로 입자 크기를 줄이는 방법으로는 300nm가 한계였다.
차세대 실리콘 음극재 기술은 3개의 회사가 협력해 대량생산 시스템을 구축했다. 인동첨단소재는 그라파이트를 기존 10 um에서 1um로 분쇄하고, FIC신소재는 자체 개발한 장비를 사용해 마이크로 크기의 실리콘 입자를 10~100nm까지 나노 단위로 분쇄해 흑연 음극재와 복합화 후 비정질 카본으로 코팅하는 방식으로 흑연-실리콘 복합 음극재를 생산했다.
FIC신소재에서 개발한 흑연-실리콘 복합 음극재는 실리콘 첨가량에 따라 약 450~800mAh/g의 용량 구현이 가능하고, 유로셀은 실리콘 3% 이상 첨가된 흑연-실리콘 복합 음극재를 고용량 양극재인 NCA와 조합해 파우치 타입의 전지를 제작한 후 군사용 드론 테스트를 진행했다. 그 결과 기존 배터리를 장착해 비행한 시간 대비 약 155% 증가한 비행 시간을 기록했다.
구상 조립흑연의 경우 기존 흑연 대비 리튬이온의 이동 거리를 줄여 고출력 충전 및 방전이 가능하기 때문에 향후 전기차용 배터리에 적용할 경우 6분 이내의 급속 충전을 가능하게 해줄 수 있는 차세대 고출력 음극소재라고 할 수 있다.
유로셀 유성운 대표는 “27년의 역사와 권위가 있는 ICUS 학회에서 자사의 구상조립 기술을 발표할 수 있게 되어 매우 기쁘고, 차세대 배터리 음극재의 양산과 군용 드론에서 실증 검증하고 이를 전 세계 권위있는 전문가들 앞에서 발표하게 돼 영광이다”고 전했다.
이어 ”리튬이온전지의 마지막 기술의 하나인 구상조립흑연을 구현을 성공해 차세대 배터리를 선도할 수 있을 것으로 예상되며 5월 9일 포항에 구상조립 흑연을 제조할 수 있는 양산 공장이 준공돼 대량 양산 체제를 갖춰 2세대 대용량 배터리 생산의 길을 열었다”고 덧붙였다.
