"국내에서 처음 생산하는 제품이다 보니 제조에 어려움이 많았습니다. 샘플 테스트까지 포함해 실패 경험만 100차례가 넘습니다." 최욱 포스코퓨처엠 광양양극소재실장(사진)은 15일 "단결정 양극재는 다결정 제품에 비해 더 단단하고 표면적이 넓은 특징이 있어 생산공정이 더 까다롭다"며 이같이 말했다. 단결정 양극재는 니켈, 코발트, 망간 등 다양한 광물을 하나의 입자로 뭉쳐 만든 소재로 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘리고 수명도 함께 향상하는 고부가가치 제품이다. 다만 입자를 분쇄하는 설비 등을 추가로 투입해야 하기 때문에 니켈 함량이 동일한 기존 제품 대비 생산비용이 20~30%가량 높다. 포스코퓨처엠은 지난해 3월 해당 제품 양산에 성공했으며 그해 4월부터 고객사에 공급하기 시작했다. 그는 단결정 양극재 개발 성과를 낸 비결을 '추진력'으로 꼽았다. 최 실장은 "현재는 세계 최고가 아닐지라도 내일은 세계 최고가 될 것이라는 믿음으로 여러 조직이 협업해 문제를 인식, 설비투자나 제조기술 개발 등을 빠르게 진행했다"며 "오랜 기간 산업 기초소재와 배터리 소재를 생산하며 쌓아온 노하우가 많은 도움이 됐다"고 설명했다. 초기 광양공장 단결정 양극재 수율은 90% 전후였다. 그는 "광양공장 단결정 양극재 수율은 통상적인 양극재 공장 정도로 향상됐다"며 "단결정 양극재를 양산하면서 나타나는 병목현상은 설비 추가 투자 등을 통해 개선하고 있다"고 말했다. 현재 포스코퓨처엠은 광양에서 연간 6000t 규모 단결정 양극재를 생산할 수 있다. 이 가운데 대부분은 얼티엄셀즈에 공급한다. 얼티엄셀즈는 LG에너지솔루션과 미국 완성차업체 제너럴모터스(GM) 합작 공장이다. 지난해 11월부터는 포항에서도 단결정 양극재 라인을 가동하고 있다. 포항의 단결정 양극재 연간 생산량은 광양과 같은 6000t 규모로 알려졌다. 현재 포항 단결정 양극재 수율은 크게 개선됐다. 최 실장은 "포항공장은 건설단계부터 광양공장의 미흡한 점을 개선해 진행했다"며 "현재는 광양공장보다 좋은 수율을 나타내고 있다"고 언급했다. 포항 공장 양산 시기는 원래 올해 1월이었으나 단결정 양극재 수요가 급증해 시기를 2개월 이상 당겼다. 포스코퓨처엠은 향후 각 공장별 단결정 양극재 연산 규모를 크게 확대할 계획이다. 최 실장은 "단결정 양극재의 생산성을 지속적으로 개선하려고 노력할 것"이라며 "앞으로도 수요가 늘어날 제품인 만큼 라인 증설을 계획하고 있다"고 설명했다. 여기에 다양한 크기의 단결정 양극재를 개발해 고객사 수요에 빠르게 맞추겠다는 계획이다. 최 실장은 "단결정의 크기를 조금 더 키우거나 줄이는 등 다양하게 하면 다결정과 혼합했을 때 에너지밀도를 더 높일 수 있다"며 "다양한 방법으로 연구하고 있다"고 했다. 포스코퓨처엠은 다양한 고객사와 단결정 양극재 제품 공급을 논의하고 있다. 그는 "국내외 배터리사 3~4곳과 계속 협의하고 있다"며 "글로벌 자동차사 2~3곳과도 꾸준히 소통하고 있다"고 했다. kjh0109@fnnews.com 권준호 기자

[파이낸셜뉴스] "국내에서 처음 생산하는 제품이다 보니 제조에 어려움이 많았습니다. 샘플테스트부터 실패 경험만 100여 차례가 넘습니다." 최욱 포스코퓨처엠 광양양극소재실장( 사진)은 15일 "단결정 양극재는 다결정 제품에 비해 더 단단하고 표면적이 넓은 특징이 있어 생산 공정이 더 까다롭다"며 이같이 말했다. 단결정 양극재는 니켈, 코발트, 망간 등 다양한 광물을 하나의 입자로 뭉쳐 만든 소재로 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘리고 수명도 함께 향상하는 고부가가치 제품이다. 다만 입자를 분쇄하는 설비 등을 추가로 투입해야 하기 때문에 니켈 함량이 동일한 기존 제품 대비 생산비용이 20~30% 가량 높다. 포스코퓨처엠은 지난해 3월 해당 제품 양산에 성공했으며 그해 4월부터 고객사에 공급하기 시작했다. 그는 단결정 양극재 개발 성과를 낸 비결을 '추진력'으로 꼽았다. 최 실장은 "현재는 세계 최고가 아닐지라도 내일은 세계 최고가 될 것이라는 믿음으로 여러 조직이 협업해 문제를 인식, 설비 투자나 제조기술 개발 등을 빠르게 진행했다"며 "오랜 기간 산업 기초 소재와 배터리 소재를 생산하며 쌓아온 노하우가 많은 도움이 됐다"고 설명했다. 초기 광양공장 단결정 양극재 수율은 90% 전후였다. 그는 "광양공장 단결정 양극재 수율은 통상적인 양극재 공장 정도로 향상됐다"며 "단결정 양극재를 양산하면서 나타나는 병목 현상은 설비 추가 투자 등을 통해 개선하고 있다"고 말했다. 현재 포스코퓨처엠은 광양에서 연간 6000t 규모 단결정 양극재를 생산할 수 있다. 이 가운데 대부분은 얼티엄셀즈에 공급한다. 얼티엄셀즈는 LG에너지솔루션과 미국 완성차 업체 제너럴모터스(GM) 합작 공장이다. 지난해 11월부터는 포항에서도 단결정 양극재 라인을 가동하고 있다. 포항의 단결정 양극재 연간 생산량은 광양과 같은 6000t 규모로 알려졌다. 현재 포항 단결정 양극재 수율은 초기 대비 개선됐다. 최 실장은 "포항공장은 건설단계부터 광양공장의 미흡한 점을 개선해 진행했다"며 "현재는 광양공장보다 좋은 수율을 나타내고 있다"고 언급했다. 포항 공장 양산 시기는 원래 올해 1월이었으나 단결정 양극재 수요가 급증해 시기를 2개월 이상 당겼다. 포스코퓨처엠은 향후 각 공장별 단결정 양극재 연산 규모를 더욱 확대할 계획이다. 최 실장은 "단결정 양극재의 생산성은 지속적으로 개선하려고 노력할 것"이라며 "앞으로도 수요가 늘어날 제품인 만큼 라인 증설을 계획하고 있다"고 설명했다. 여기에 다양한 크기의 단결정 양극재를 개발해 고객사 수요를 빠르게 맞추겠다는 계획이다. 최 실장은 "단결정의 크기를 조금 더 키우거나 줄이는 등 다양하게 하면 다결정과 혼합했을 때 에너지 밀도를 더 높일 수 있다"며 "다양한 방법으로 연구하고 있다"고 언급했다. 포스코퓨처엠은 다양한 고객사와 단결정 양극재 제품 공급을 논의하고 있다. 그는 "국내외 배터리사 3~4곳과 지속 협의하고 있다"며 "글로벌 자동차사 2~3곳과도 꾸준히 소통하고 있다"고 했다. kjh0109@fnnews.com 권준호 기자

포스코퓨처엠은 광양에 이어 포항 공장에서 고성능 전기차 배터리소재인 단결정 양극재를 본격 공급한다고 6일 밝혔다. 포항공장에서 양산하는 이 제품은 니켈 비중 86%의 니켈·코발트·망간·알루미늄(NCMA) 단결정 양극재로 제너럴모터스(GM)와 LG에너지솔루션의 미국 배터리 합작사 얼티엄셀즈에 공급된다. 포스코퓨처엠은 고온 소성·균질화 코팅 기술력을 바탕으로 이미 지난 3월 광양공장에서 세계 최초로 양산에 성공해 공급하고 있다. 급증하는 주문에 대응하기 위해 포항공장 양산시점을 당초 2024년 1월에서 약 2개월 앞당겨 11월 초부터 라인 가동에 들어갔다. NCMA 단결정 양극재는 핵심원료인 니켈·코발트·망간·알루미늄을 하나의 결정 형태로 결합해 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘리고 열안정성과 수명도 함께 향상시키는 고부가가치 제품이다. 전기차 고성능화 트렌드에 맞춰 수요가 빠르게 증가하고 있다. 포스코퓨처엠은 향후 전기차의 주행거리 뿐만 아니라 안전성·수명 성능 극대화를 위해 국내외 양극재 생산기지에 단결정 라인을 지속 확대하고 다양한 입자 크기의 단결정 양극재를 양산할 계획이다. kim091@fnnews.com 김영권 기자

[파이낸셜뉴스]포스코퓨처엠은 광양에 이어 포항 공장에서 고성능 전기차 배터리소재인 단결정 양극재를 본격 공급한다고 6일 밝혔다. 포항공장에서 양산하는 이 제품은 니켈 비중 86%의 니켈·코발트·망간·알루미늄(NCMA) 단결정 양극재로 제너럴모터스(GM)와 LG에너지솔루션의 미국 배터리 합작사 얼티엄셀즈에 공급된다. 포스코퓨처엠은 고온 소성·균질화 코팅 기술력을 바탕으로 이미 지난 3월 광양공장에서 세계 최초로 양산에 성공해 공급하고 있다. 급증하는 주문에 대응하기 위해 포항공장 양산시점을 당초 2024년 1월에서 약 2개월 앞당겨 11월 초부터 라인 가동에 들어갔다. NCMA 단결정 양극재는 핵심원료인 니켈·코발트·망간·알루미늄을 하나의 결정 형태로 결합해 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘리고 열안정성과 수명도 함께 향상시키는 고부가가치 제품이다. 전기차 고성능화 트렌드에 맞춰 수요가 빠르게 증가하고 있다. 포스코퓨처엠은 향후 전기차의 주행거리 뿐만 아니라 안전성·수명 성능 극대화를 위해 국내외 양극재 생산기지에 단결정 라인을 지속 확대하고 다양한 입자 크기의 단결정 양극재를 양산할 계획이다. 이에 따라 포항 양극재 공장은 생산능력이 현재 3만t에서 2026년 10만6000t으로 늘어나 광양공장과 함께 글로벌 배터리소재 시장 공략의 핵심 기지로 성장할 것으로 기대했다.   kim091@fnnews.com 김영권 기자

[파이낸셜뉴스] 머지않아 '꿈의 신소재' 그래핀을 단일층의 넓은 면적으로 대량 생산할 수 있게 될 전망이다. 기초과학연구원(IBS)의 다차원 탄소재료 연구단은 세계 최초로 접힘과 적층이 없는 완벽한 단결정 그래핀을 넓은 면적으로 만드는데 성공했다고 26일 공개했다. 또한 그래핀 제작시간을 1시간에서 5분이내로 단축했다. 뿐만아니라 연구진이 개발한 기술은 그래핀 제작에 쓰는 기판을 거의 무한정 재사용할 수 있어 산업화 공정에 적합할 것으로 예상된다. 이번 연구결과는 인류가 단일층으로 이뤄진 그래핀을 만들어낸지 17년만의 성과로 세계 최고 권위 국제학술지 '네이처(Nature)'에 발표됐다. 이번 연구에 참여한 울산과학기술원(UNIST) 최명기 대학원생은 "이 완벽한 단결정 그래핀을 활용하면 소재의 위치나 방향과 무관하게 항상 같은 효율을 내는 고성능 집적 회로를 만드는 것이 가능하다"고 설명했다. '무결점 그래핀'을 다른 2차원 재료와 함께 쌓아 사용한다면 지금까지 개발되지 않았던 놀라운 성능을 보이는 소자를 개발할 수 있다. 전자, 광자, 기계와 같은 다양한 분야에서 우수한 성능의 그래핀을 활용할 수 있는 길을 연 것이다. 예를들어 휘어지고 투명한 디스플레이, 입는 컴퓨터, 초강력 자동차, 방탄복 등에 사용할 수 있다. 연구진이 개발한 기술로 만든 그래핀 필름은 전류 속도가 실리콘보다 7배, 기존 그래핀보다 3배 더 빨라졌다. 이는 적은 전력으로도 높은 성능을 낼 수 있음을 의미한다. 연구진은 대량 생산 가능성도 입증했다. 실험실에서 만들 수 있는 최대 크기 제작을 시도했다. 그결과 구리-니켈 호일을 기판으로 사용해, 4×7㎠ 크기의 무결점 그래핀을 만드는 데 성공했다. 또한 호일을 5번 재사용해도 중량 손실이 0.0001g에 불과했다. 연구진은 호일을 무한정 재사용할 수 있다고 설명했다. IBS 로드니 루오프 단장은 "7년간의 무결점 그래핀 개발 연구가 결실을 맺은 것으로, 향후 무결점 그래핀의 독특한 특성을 추가로 연구할 계획"이라고 말했다. 연구진은 2019년 전기화학적 방법으로 단일층의 그래핀을 넓게 만드는데 성공했다. 하지만 만드는 과정에서 그래핀이 접히는 문제를 해결하지 못했다. 이번에는 그래핀의 성장 후 냉각과정에서 접힘이 발생하는 점에 주목했다. 그래핀을 전기화학적 방법으로 만들때 1047도 이상의 고온에서 합성후 실온까지 냉각시킨다. 접힘이 일어나는 온도를 조사한 결과 757도 이상이었다. 이에 접힘이 발생하지 않도록 757 이하에서 그래핀을 합성한 뒤 냉각시켰다. 이를통해 접힘이나 적층이 없는 완벽한 '무결점 그래핀'을 만들었다. 그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양같은 육각형으로 나열된 2차원 물질이다. 그래핀을 몇억개 쌓아야 머리카락 두께일 정도로 얇고 투명하다. 또 늘리거나 접어도 전기전도성이 그대로 이면서 신축성도 뛰어나다. 이와함께 강철보다 200배 이상 강하고, 구리보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르다. 뿐만아니라 다이아몬드와 유사하게 열전도성이 높아 탁월한 특성으로 주목받아 왔다. 하지만 부분적으로 여러 층의 그래핀이 겹쳐진 '적층 구역'이나 주름진 '접힘 부분'이 존재했다. 이는 그래핀의 기계적·전기적 특성을 떨어뜨린다.    monarch@fnnews.com 김만기 기자

【울산=최수상 기자】 UNIST 연구진이 나노 물질 신소재인 ‘단결정 그래핀’을 빠르게 제작하는 방법을 개발해 주목을 받고 있다. UNIST 자연과학부 로드니 루오프 특훈교수(IBS 다차원 탄소재료 연구단장) 연구팀은 ‘단결정 구리-니켈 합금 포일(foil)’을 이용해 단결정 그래핀의 성장 속도를 약 10배 이상 높일 수 있는 기술을 개발해 ACS Nano에 게재했다고 24일 밝혔다. UNIST에 따르면 현재까지 그래핀 제작에는 주로 다결정 구리 기판을 촉매로 사용했다. 촉매인 구리 위에 메탄(CH₄)과 수소(H₂) 혼합 가스를 흘리면, 탄소(C)만으로 이뤄진 그래핀이 형성된다. 이때 바탕이 되는 구리의 결정 방향(crystal orientation)이 다양하므로 그래핀 역시 결정의 방향이 여럿인 ‘다결정 그래핀’으로 자라난다. 하지만 다결정 그래핀은 탄소 원자로 이뤄진 결정립(crystal grain)들이 서로 어긋나있어 그래핀의 우수한 전기전자도와 전하이동도 등의 특성이 저하될 수 있다. 이에 과학자들은 결정이 한 방향으로 정렬된 단결정 그래핀을 만들어 그래핀의 특성을 올곧게 활용할 방법을 찾아왔다. 밍 후앙 UNIST 신소재공학부 박사과정 연구원(IBS 다차원 탄소재료 연구단 소속)은 “최근 그래핀과 격자 구조가 비슷한 ‘구리(111) 단결정’을 기판으로 쓰는 에피택시(epitaxy) 방식이 시도되고 있다”며 “바탕이 되는 구리(111)의 결정 방향이 일정하고, 격자 구조가 비슷해 단결정에 가까운 그래핀을 성장시킬 수 있다”고 설명했다. 루오프 교수팀은 여기서 한 발 더 나아가 구리(111) 단결정 포일에 니켈을 더한 ‘구리-니켈(111) 단결정 합금 포일’을 만들고 이를 기판으로 사용했다. 이 기판에서는 그동안 약 60분 동안 소요되는 그래핀을 5분 만에 만들 수 있었다. 한편 그래핀(graphene)은 탄소 원자로만 이루어진 탄소 동소체다. 두께가 약 0.2나노미터(㎚, 1㎚=10억 분의 1m)에 불과하지만 기계적 강도가 강철의 200배에 이른다. 잘 부러지지 않으면서도 잘 휘어지고 구리보다 10배 더 전기가 잘 통하고 실리콘보다 전자 이동 속도가 100배 빠른 나노 물질 신소재다. 연구팀은 또 그래핀 단일층에서 약 40㎚(나노미터·10억 분의 1ｍ) 너비의 접힘선(fold)을 발견했다. 연구팀은 그래핀 성장이 완성되지 않았을 때 듬성듬성 생기는 그래핀 섬(graphene islands)들이 서로 결합하는 영역에서 그래핀 접힘선이 형성되는 장면을 세계 최초로 관찰했다. 금속 기판 냉각 때 그래핀에 주름이 지듯 3층 구조의 접힘선이 나타난 것이다. 루오프 교수는 "금속 기판은 고온에서 팽창하고 냉각 때 줄어드는데, 그래핀은 냉각에도 별로 변하지 않아 접힘선이 생기는 것"이라면서 "특히 그래핀 섬이 만나는 지점에서 압축응력이 집중돼 접힘선이 발생하는데, 이번에 처음으로 접힘선의 존재를 확인했다"고 밝혔다. 그는 "이번 연구에서 구리-니켈 단결정 포일의 표면 초격자구조를 규명하고, 이를 이용한 그래핀의 고속 성장과 그래핀 접힘선의 3층 구조를 세계 최초로 규명했다"면서 "그래핀 섬들이 결합하면서 나타나는 현상은 다른 2차원 재료와 박막 연구에 도움이 될 것"이라고 덧붙였다. ulsan@fnnews.com 최수상 기자

신성이엔지가 효율 21% 이상의 태양전지 양산 기술을 확보했다고 24일 밝혔다. 신성이엔지는 지난 2016년 10월 기업활력 제고를 위한 특별법의 승인을 받으면서 BSF형 태양전지의 공급과잉 해소로 고부가가치 태양전지인 PERC형 시장으로 진출을 했고, 올해 3월 총 200MW의 생산라인을 구축한 바 있다. 신성이엔지는 1차 생산된 태양전지의 정확한 검증을 위해 싱가포르에 위치한 SERIS에 보내서 측정을 요청했으며, 2주간의 테스트 결과 최고 효율은 21.71%를 달성했다는 결과 보고서를 받았다. 특히 이번 성과는 생산라인 구축을 완료하며 생산된 첫 태양전지의 광변환 효율을 테스트 한 것으로 앞으로 생산라인 안정화 및 추가 기술력 확보를 통해 효율이 더욱 높아질 수 있을 것이라는 기대된다. 또한, 일반 양산라인에서 생산되는 단결정 PERC 태양전지 효율로서는 세계 최고 수준이며, 사용된 핵심기술이 타사대비 원가가 낮은 방식이라 경제성 측면에서도 높은 경쟁력이 기대된다고 밝혔다. 이번에 생산된 고효율 PERC 태양전지 72장으로 모듈을 제작할 경우 370W 이상의 모듈 생산이 가능하며, 이는 기존 태양전지 72장으로 생산하는 345W보다 25W의 출력이 높은 제품이다.  1MW의 태양광 발전소 건설시 기존에는 2899장의 모듈이 필요했지만, 고출력 태양광 모듈로는 2703장으로 약 196장이 적게 들어간다. 더불어, 동일한 면적에서 태양광 발전소 설치 시에는 더 높은 출력의 발전이 가능하기에, 건물 옥상 및 설치 면적이 협소한 도심 지역에서 더욱 경쟁력이 있는 제품이다.  최근 태양광 시장에서는 경제성 확보를 위한 고효율 제품 개발이 추세이다. 이번 신성이엔지의 고효율 PERC 태양전지는 이러한 시장 상황에 부합한 제품으로, 생산라인 구축부터 고객사들의 계약 요청이 이어지고 있다고 전했다. 신성이엔지 김동섭 부사장(CTO)은 "PERC 태양전지 첫 양산 제품부터 21.71%의 고효율을 달성해 기쁘지만, 이것이 시작이라고 생각한다"면서 "신성이엔지는 지속적인 연구개발로 세계 최고 효율을 기록하며 기술 선도 기업으로 성장했다. 앞으로도 신성이엔지만의 독보적인 기술 개발과 원천기술 확보를 통해서 양산 효율도 올리고, 특허도 출원 할 것"이라고 밝혔다. yutoo@fnnews.com 최영희 중소기업전문기자

신성솔라에너지는 스위스 트리나솔라와 베트남, 말레이시아에 단결정 태양전지를 공급하는 내용의 계약을 체결했다고 28일 공시했다. 공급예정물량은 200MW로 계약기간은 올해 12월 31일까지다. 신서솔라에너지는 "이번 계약은 지난 2월부터 개별적으로 발주해 구매하던 방식을 올해 말까지 물량을 확정해 포괄계약으로 진행하는 건"이라면서 "계약에 따른 납품 일정 및 계약단가는 매월 물량의 발주시 상호 협의해 하게 된다"고 밝혔다 kim091@fnnews.com 김영권 기자

웅진에너지는 8일 태양전지용 단결정 실리콘 웨이퍼 공급계약을 체결했다고 공시했다. 계약기간은 2017년 1월부터 12월까지다. 공급예정물량은 6000만장이다. 웅진에너지는 "이번 계약은 영업상의 기밀로 계약상대방 및 판매, 공급지역을 기재하지 않았으며 계약기간 종료후 공개할 예정"이라면서 "수주금액은 계약체결일 기준 판매가격과 환율 적용시 약 559억원이며 2015년 매출액 대비 34% 규모이지만 시황변동에 따라 변동될 수 있다"고 밝혔다. kim091@fnnews.com 김영권 기자

웅진에너지는 2일 중국 태양광발전 전문그룹이 환타이 그룹과 태양전지용 단결정 실리콘 브릭(잉곳)을 공급계약을 체결했다고 공시했다. 세부 계약 상대는 장쑤 메이케 실리콘 에너지, 전장 환타이 실리콘 S&T 등이다. 계약기간은 2017년 12월까지이며 공급예정물량은 1380t다. kim091@fnnews.com 김영권 기자