전기연 그래핀 기술, 국가연구개발 우수성과 100선 최우수 선정

신소재·부품의 기술 자립 실현

[석동재 기자(=경남)(035sdj@naver.com)]
한국전기연구원의 ‘미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속.그래핀 복합전극 개발’ 성과가 ‘2022년 국가연구개발 우수성과 100선’에 뽑혔다.

이번 성과는 ‘리튬이온전지용 고용량 실리콘.그래핀 복합 음극재 기술’과 ‘전장부품용 저가형 구리.그래핀 복합 잉크 기술’로 구성된다.

특히 100선 중에서도 12개 성과만 뽑히는 기계·소재 부문 최우수로 선정돼 그 가치를 더높였다는 평가다.

ⓒ한국전기연구원

이건웅 전기연구원 전기재료연구본부장은 “이번 성과는 부가가치가 매우 큰 미래 모빌리티 분야에서 중요한 전기 신소재·부품의 기술 자립 실현을 더해 품질과 신뢰성까지 확보하는 데 크게 기여할 것”며 “국가연구개발 우수성과 100선 선정은 그간의 노력과 기술의 가치를 인정받는 것이어서 대단히 기쁘다”고 소감을 밝혔다.

‘고용량 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술’은 친환경 전기차·선박·드론·로봇 등의 핵심 부품인 리튬이온전지의 차세대 음극 소재인 ‘실리콘(Si)’의 단점을 그래핀의 도입을 통해 보완하여 상용화 가능성을 크게 높인 성과다.

실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고 충·방전 속도도 빠르다는 장점을 가지고 있다. 하지만 충·방전 시 300% 수준의 부피팽창 문제와 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다.

전기연은 이를 해결하기 전도성이 매우 우수하고, 전기 화학적으로도 안정된 ‘그래핀’을 실리콘과 복합화해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재를 만들었다.

앞서 연구팀은 10여 년 이상 연구를 통해 높은 결정성과 전기 전도성을 가지는 고품질의 그래핀을 제조하고 이를 리튬이온전지 음극 제조 공정에 바로 적용 가능한 ‘고농도 페이스트 형태의 그래핀 수(水)계 분산 기술’을 가지고 있었다. 이들은 이 기술을 토대로 ‘코어-쉘 구조의 복합 음극재를 대량으로 제조하는 데 성공한바 있다. 재료도 기존 고가의 나노 실리콘 대비 값싼 마이크론(μm) 크기의 실리콘을 활용하여 가격 경쟁력을 확보했다.

전문가들은 실리콘.그래핀 복합 음극재 기술을 전기차에 적용할 경우, 배터리의 성능을 높여 주행거리를 약 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다.

해당 기술은 높은 기술력을 인정받아 지난해 전기·전자 소재·부품 전문기업인 ㈜HNS(대표 남동진)에 11억원의 금액에 기술이전됐고 현재 상용화가 준비중이다.

‘저가형 구리.그래핀 복합 잉크 기술’은 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기의 부품 제조는 물론이고 우리나라 소재·부품 산업 전 방위에 활용되는 필수 소재다. 이는 잉크 재료로 기존 은(Silver)의 10분의 1 가격 수준인 구리를 이용했다.

연구팀은 세계 최초로 자체 개발한 ‘액상합성법’을 통해 구리 표면에 그래핀을 효과적으로 합성하여, 구리의 산화 방지는 물론, 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정 기술을 확보했다.

구리·그래핀 복합 잉크 기술의 성과는 수입대체는 물론이고 소재·부품의 자립화 기반을 구축할 수 있게 됐다는 의미다.

이와 관련 기술은 금속소재 및 잉크 제조 전문기업인 대성금속(주)에 기술이전이 돼 현재 디스플레이 및 모빌리티 전장 배선을 만드는데 구리.그래핀 잉크가 활용되고 있다.

이외에도 이번 국가연구개발 우수성과 100선에 ‘방사선 암 치료용 선형 및 마그네트론 기술' 도 이름을 올렸다.

해당 기술은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하고 고에너지 방사선을 방사해 암을 치료하는 의료 핵심기술이다.

그동안 전량 수입에 의존했던 방사선 암 치료기 기술의 국산화를 실현한 성과로 큰 주목을 받았다.

국가연구개발 우수성과 100선은 국가 발전을 견인해 온 과학기술의 역할에 대해 국민의 이해와 관심을 제고하고 과학기술인들의 자긍심을 고취하기 위해 2006년부터 매년 진행돼 왔다.

올해 선정된 성과는 과학기술정보통신부 장관의 인증서와 현판이 수여되고 관련 규정에 따라 사업 및 기관 평가 등에서 가점을 받게 되며 사례집으로도 발간된다.

[석동재 기자(=경남)(035sdj@naver.com)]