[파이낸셜뉴스]   SK이노베이션과 SK아이이테크놀로지(이하 SKIET)가 연세대학교 연구진과의 공동 연구를 통해 비용은 낮추고 성능은 높인 차세대 탄소 포집 분리막 기술을 개발해 냈다고 1일 밝혔다.  SK이노베이션 환경과학기술원, SKIET R&D센터, 연세대 화공생명공학과 김종학 교수 연구팀은 공동 연구한 차세대 탄소 포집 분리막 연구논문이 국제 학술지 ‘저널 오브 멤브레인 사이언스(Journal of Membrane Science, JMS)’에 최근 게재됐다고 1일 밝혔다.  공동 연구진이 개발한 기술은 분리막 소재에 유기물만을 활용한 점이 특징이다. 학계에서는 분리막의 기체 투과성능을 높이기 위해 무기물을 첨가하는 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 반면 이번 연구에서는 머리카락 굵기의 500분의 1 정도인 200nm 두께로 유기물을 고르게 코팅하는 박막 코팅 기술과 연구진이 독자 개발한 유기물 첨가제의 시너지 효과로 무기물 없이도 높은 투과도의 분리막을 제조하는 데 성공했다. 공동 연구진이 개발한 탄소 포집 분리막은 투과도가 높을 뿐만 아니라 제조비용도 낮아서 대량생산과 상업화에 유리하다. 이번 연구 성과를 바탕으로 SK이노베이션은 리튬이온 배터리용 분리막(LiBS) 분야에서 글로벌 경쟁력과 상업생산 능력을 모두 갖춘 SKIET와 탄소 포집 분리막 기술 개발을 가속화할 예정이다. 유기물을 사용한 탄소 포집 분리막은 발전소, 철강, 시멘트 등 탄소 배출량이 많은 산업현장에 적용이 가능할 것으로 예상된다. 한편 SK이노베이션과 SKIET는 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage, 탄소 포집·활용·저장)의 핵심인 탄소 포집 시장을 선점하기 위해 지난해 5월 가스 분리막 전문기업인 에어레인에 지분 투자를 단행하고 고성능 분리막 개발을 위한 공동연구를 수행 중이다. 또한 SK이노베이션과 SKIET는 지난해 10월 롯데케미칼과 탄소 포집 분야의 경쟁력을 강화하기 위한 기술 및 사업협력 업무협약(MOU)을 체결했다. 이성준 SK이노베이션 환경과학기술원장은 “이번 성과는 에너지·화학 연구개발(R&D) 과정에서 축적된 SK이노베이션의 기술 역량과 외부 전문기관과의 시너지를 토대로 일궈낸 것”이라며 “SK이노베이션은 탄소 포집 분리막 상업화를 위한 연구개발에 매진하겠다”고 말했다. padet80@fnnews.com 박신영 기자

【 대전=박소연 기자】 "이게 고객사에 전달되는 신제품입니다." 지난 20일 대전 유성구에 위치한 분리막 제조기업 SK아이이테크놀로지 연구개발(R&D)센터를 찾았다. 분리막 생산 공정 라인을 축소해 놓은 데모 공장에는 기름종이처럼 보이는 비닐이 두루마리 휴지처럼 말려 있었다. 촉감도 기름종이와 유사하다. 이 얇은 막이 최근 전기차 화재로 중요성이 대두되고 있는 리튬이온배터리분리막(LiBS)이다. 분리막은 양극과 음극을 갈라 둘의 물리적인 접촉을 차단해 배터리 화재를 일차적으로 방어하는 역할을 한다. SKIET의 분리막 제조 공정은 크게 두 부분으로 나뉜다. 원료를 반죽해 얇게 뽑은 뒤 앞뒤, 양옆으로 쭉쭉 늘려 균일한 반죽을 뽑아내는 것이 첫 번째 공정이다. 이 원단을 늘려주는 공정을 연신 기술이라고 한다. SKIET는 분리막을 상하·좌우로 자유롭게 늘리는 '축차 연신' 방식을 쓴다. 균일한 두께와 강도 향상을 위해서다. 그렇게 완성된 원단은 두 번째 공정인 코팅으로 옮겨진다. 코팅은 한과에 쌀을 얹듯 얇게 제조된 분리막 원단 위에 세라믹을 입히는 절차다. SKIET 이수현 운영지원그룹 리더는 "분리막이 수축하면 양극과 음극이 만나 화재로 이어지기 때문에 수축을 방지하는 기술이 중요하다"며 "고온에서 수축이 방지되도록 하는 공정"이라고 설명했다. SKIET는 최근 세계 최초로 350도 고온에도 견디는 분리막을 개발했다. 김진웅 SKIET R&D센터 센터장은 "기존엔 160도 이하의 내열성을 가진 분리막이 주를 이뤘는데, 이번에 저희가 350도 수준까지 견딜 수 있는 고내열성 제품을 개발했다"며 "현재 개발 및 특허 출원을 완료하고 고객사 평가를 진행 중"이라고 소개했다. SKIET에 따르면 고내열성 분리막은 최대 350도 고온에서도 파단이 발생하지 않는다. 고열로 분리막이 손상돼 양극과 음극이 접촉하는 경우 일어나는 '단락'을 방지할 수 있다는 것이다. SKIET는 관련 특허를 출원 완료했다. 김 센터장은 "고내열성과 고강도는 '머스트'"라며 "반드시 지켜야 하는 기본 기술"이라고 말했다. 핵심은 가격 경쟁력이다. 분리막이 견딜 수 있는 온도가 높아졌지만, 제품 가격은 유지했다는 게 김 센터장의 설명이다. 그는 "기존 공정을 유지하면서도 제조원가 또한 유지하는 게 당사의 경쟁력"이라고 설명했다. 20년 넘게 분리막 기술을 연구해 온 SKIET가 약 1년 반 넘게 걸려 개발한 기술이라고 설명한다. 이어 "최근 배터리사들이 성능이 좋으면서도 안전성이 강화된 분리막을 요구하고 있다"며 "요구 사항을 반영해 합리적인 가격을 구현하는 것이 핵심"이라고 말했다. SKIET는 2003년 연구팀 출범 이후, 2004년 국내 최초, 세계 세 번째로 LiBS 생산기술을 독자 개발했다. 2007년 세계 최초로 축차 연신 공정을 완성한 이후, 5마이크로미터(μm) 박막 제품 개발, 양면 동시 코팅 상업화에 성공했다. 현재 충북 증평, 중국 창저우와 폴란드 실롱스크에서 공장을 가동하고 있다. 현재 대전 R&D센터에서 돌아가는 개발 프로젝트는 10개가 넘는다. 최근엔 김철중 대표가 직접 기술 개발 회의를 주재해 과제들을 살폈다. 김 대표는 R&D센터와 마케팅 부문 간 '컨센서스 빌딩'을 강조했다고 한다. 고객의 수요를 파악하는 것은 물론 개발 단계에서 즉각적인 피드백이 가능하다. 김 센터장은 "고객사 요청→기술 개발→마케팅→고객사 요청의 선순환 구조가 돌아가고 있다"고 소개했다. '강도' 역시 SKIET가 공들이는 요소다. 최근 기존 제품 대비 약 20% 강도를 높인 초고강도 분리막 개발을 완료하고 현재 고객 평가를 진행 중이다. 차세대 기술인 '초박막'과 '무코팅' 기술에도 매진하고 있다. 초박막은 1μm 이하의 두께에도 150도 고온에서도 수축 발생이 없는 초박막 고내열 분리막이다. 분리막 두께가 얇아지면 에너지밀도를 높일 수 있어 배터리 주행거리를 늘릴 수 있다. 무코팅 분리막은 세라믹 코팅 없이도 130도에서도 변형을 최소화하는 개념이다. 원단 자체로 내열성을 강화하는 기술이다. 김 센터장은 전기차 캐즘(대중화 전 일시적 수요둔화)은 "내년쯤 나아질 것"으로 봤다. 또 최근 치고 올라오는 중국 기술과 비교해서는 "크기를 크게 만들면서 전면을 균일하게 품질을 유지하는 게 굉장히 어려운 기술"이라며 차별성을 강조했다. psy@fnnews.com

【대전=박소연 기자】 "이게 고객사에 전달되는 신제품입니다." 지난 20일 대전 유성구에 위치한 분리막 제조기업 SK아이이테크놀로지 연구개발(R&D)센터를 찾았다. 분리막 생산 공정 라인을 축소해 놓은 데모 공장에는 기름종이처럼 보이는 비닐이 두루마리 휴지처럼 말려 있었다. 촉감도 기름종이와 유사하다. 이 얇은 막이 최근 전기차 화재로 중요성이 대두되고 있는 리튬이온배터리분리막(LiBS)이다. 분리막은 양극과 음극을 갈라 둘의 물리적인 접촉을 차단해 배터리 화재를 일차적으로 방어하는 역할을 한다. SKIET의 분리막 제조 공정은 크게 두 부분으로 나뉜다. 원료를 반죽해 얇게 뽑은 뒤 앞뒤, 양옆으로 쭉쭉 늘려 균일한 반죽을 뽑아내는 것이 첫 번째 공정이다. 이 원단을 늘려주는 공정을 연신 기술이라고 한다. SKIET는 분리막을 상하·좌우로 자유롭게 늘리는 '축차 연신' 방식을 쓴다. 균일한 두께와 강도 향상을 위해서다. 그렇게 완성된 원단은 두 번째 공정인 코팅으로 옮겨진다. 코팅은 한과에 쌀을 얹듯 얇게 제조된 분리막 원단 위에 세라믹을 입히는 절차다. SKIET 이수현 운영지원그룹 리더는 "분리막이 수축하면 양극과 음극이 만나 화재로 이어지기 때문에 수축을 방지하는 기술이 중요하다"며 "고온에서 수축이 방지되도록 하는 공정"이라고 설명했다. SKIET는 최근 세계 최초로 350도 고온에도 견디는 분리막을 개발했다. 김진웅 SKIET R&D센터 센터장은 "기존엔 160도 이하의 내열성을 가진 분리막이 주를 이뤘는데, 이번에 저희가 350도 수준까지 견딜 수 있는 고내열성 제품을 개발했다"며 "현재 개발 및 특허 출원을 완료하고 고객사 평가를 진행 중"이라고 소개했다. SKIET에 따르면 고내열성 분리막은 최대 350도 고온에서도 파단이 발생하지 않는다. 고열로 분리막이 손상돼 양극과 음극이 접촉하는 경우 일어나는 '단락'을 방지할 수 있다는 것이다. SKIET는 관련 특허를 출원 완료했다. 김 센터장은 "고내열성과 고강도는 '머스트'"라며 "반드시 지켜야 하는 기본 기술"이라고 말했다. 핵심은 가격 경쟁력이다. 분리막이 견딜 수 있는 온도가 높아졌지만, 제품 가격은 유지했다는 게 김 센터장의 설명이다. 그는 "기존 공정을 유지하면서도 제조원가 또한 유지하는 게 당사의 경쟁력"이라고 설명했다. 20년 넘게 분리막 기술을 연구해 온 SKIET가 약 1년 반 넘게 걸려 개발한 기술이라고 설명한다. 이어 "최근 배터리사들이 성능이 좋으면서도 안전성이 강화된 분리막을 요구하고 있다"며 "요구 사항을 반영해 합리적인 가격을 구현하는 것이 핵심"이라고 말했다. SKIET는 2003년 연구팀 출범 이후, 2004년 국내 최초, 세계 세 번째로 LiBS 생산기술을 독자 개발했다. 2007년 세계 최초로 축차 연신 공정을 완성한 이후, 5마이크로미터(μm) 박막 제품 개발, 양면 동시 코팅 상업화에 성공했다. 현재 충북 증평, 중국 창저우와 폴란드 실롱스크에서 공장을 가동하고 있다. 현재 대전 R&D센터에서 돌아가는 개발 프로젝트는 10개가 넘는다. 최근엔 김철중 대표가 직접 기술 개발 회의를 주재해 과제들을 살폈다. 김 대표는 R&D센터와 마케팅 부문 간 '컨센서스 빌딩'을 강조했다고 한다. 고객의 수요를 파악하는 것은 물론 개발 단계에서 즉각적인 피드백이 가능하다. 김 센터장은 "고객사 요청→기술 개발→마케팅→고객사 요청의 선순환 구조가 돌아가고 있다"고 소개했다. '강도' 역시 SKIET가 공들이는 요소다. 최근 기존 제품 대비 약 20% 강도를 높인 초고강도 분리막 개발을 완료하고 현재 고객 평가를 진행 중이다. 차세대 기술인 '초박막'과 '무코팅' 기술에도 매진하고 있다. 초박막은 1μm 이하의 두께에도 150도 고온에서도 수축 발생이 없는 초박막 고내열 분리막이다. 분리막 두께가 얇아지면 에너지밀도를 높일 수 있어 배터리 주행거리를 늘릴 수 있다. 무코팅 분리막은 세라믹 코팅 없이도 130도에서도 변형을 최소화하는 개념이다. 원단 자체로 내열성을 강화하는 기술이다. 김 센터장은 전기차 캐즘(대중화 전 일시적 수요둔화)은 "내년쯤 나아질 것"으로 봤다. 또 최근 치고 올라오는 중국 기술과 비교해서는 "크기를 크게 만들면서 전면을 균일하게 품질을 유지하는 게 굉장히 어려운 기술"이라며 차별성을 강조했다. psy@fnnews.com 박소연 기자

[파이낸셜뉴스] 전기차 시장 성장세가 주춤하면서 동박, 분리막 등을 생산하는 SK 배터리 소재사들의 실적이 일제히 하락했다. 투자 속도 및 생산 목표를 하향 조정하고 재무구조 개선에 나서는 전략으로 장기화되는 불황 파고를 넘는다는 방침이다.  1일 업계에 따르면 동박을 생산하는 SKC은 올해 2·4분기 627억원 가량의 영업손실을 기록했다. 지난해 동기 대비 적자폭이 195억원 확대된 수치다. 매출은 4727억원으로 전년 동기 대비 4.1% 소폭 증가했다.  분리막(LiBS)에 주력하는 SKIET도 올해 2·4분기 영업손실은 587억원을 기록하며 전년 동기 대비 적자 전환했다. 매출은 작년 동기 대비 59.35% 감소한 617억원이었다. 이같은 배터리 소재사들의 실적 악화는 전기차 캐즘(일시적 수요 정체)에 따른 전방 산업 수요 부진, 설비 가동률 저하, 고정비 부담 등이 영향을 줬다.  업계는 하반기에도 유의미한 업황 개선은 어려울 것으로 보고 있다. 재고 우선 소진에 따라 가동률 및 수익성 회복 폭이 제한적일 전망이다.  시황 회복이 더딘 상황에서 중장기 사업 안정성 강화를 위해 SK 배터리 소재사들은 생산 목표와 투자 속도를 재설정하고 사업 리밸런싱으로 재무구조 안정화에 나서고 있다.  우선 SKC는 올해 동박 시장 출하량 전망이 연초 대비 30% 가량 축소된 만큼 출하량 재설정에 나선다고 밝혔다. 또 자회사인 SK넥실리스의 폴란드 동박 공장 준공 및 가동 시점을 미루기로 했다. 유지한 SKC 부사장은 "현재 폴란드 1공장 건설은 90% 진행됐지만, 유럽 수요가 회복이 더뎌 가동 시점을 탄력적으로 운영하겠다"고 말했다.  SKC는 악화된 재무구조를 개선하기 위해 최근 1600억 규모의 자회사 유상 감자도 실시했다. 지분 투자도 큰 폭으로 축소한다. SKC는 올해 말까지 미국 에너지 절감 솔루션 제품인 스마트윈도의 제조사 할리오의 전환사채(CB)를 총 867억원어치 취득할 계획이었으나, 지난해 집행한 329억원에 투자를 마무리하기로 했다. SKIET 역시 생산 능력을 유연하게 조정한다는 계획이다. 그동안 여러 차례 미뤄 온 북미 분리막 공장 신규 투자에 대해서는 미 대선의 불확실성을 감안해 내년 1·4분기 결정하겠다고 설명했다. SKIET는 우선 코팅 설비만 진출하는 방안을 논의 중이다. 폴란드 신규 라인(PH2) 가동 시점 역시 내년 수요를 고려해 결정하기로 했다.  아울러 SKIET는 비핵심 자산 유동화도 추진한다. SKIET 관계자는 "5000평 규모의 청주 공장 매각을 위해 직접 매수자를 찾고 있다"며 "연내 계약이 목표"라고 전했다.  yon@fnnews.com 홍요은 기자

[파이낸셜뉴스] LG화학이 올해 2·4분기 석유화학 부문 흑자전환에 성공하는 등 전분기 대비 개선된 실적을 보였다. 다만 글로벌 침체와 전기차 수요 성장세 둔화가 이어지고 있어 시설투자와 생산능력을 하향 조정하기로 했다. 분리막 사업도 전면 재검토에 나선다.  LG화학은 25일 올해 2·4분기 연결기준 매출 12조2997억원, 영업이익 4059억원을 기록했다고 밝혔다. 매출은 전년동기대비 14.2%, 영업이익은 34.3% 감소한 것이다. 다만, 전분기 대비로는 매출은 5.9%, 영업이익은 53.4% 증가했다. 차동석 LG화학 사장(최고재무책임자·CFO)은 "석유화학 성수기, 전지재료 출하 물량 증대, 희귀비만치료제 라이선스 아웃 등으로 전분기 대비 개선된 실적을 달성했다"고 설명했다. 특히 석유화학부문 흑자전환이 주목된다. 석유화학부문의 2·4분기 매출은 4조9658억원, 영업이익은 323억원이다. 원료가격 강세에도 가전 등 전방시장의 계절적 성수기에 진입해 판매가 증가했다. 첨단소재부문은 매출 1조 7281억원, 영업이익 1699억원을 기록했다. 전지재료는 전기차 성장 둔화 우려에도 양극재 출하 물량 확대로 매출 및 수익성이 개선됐다.  다만 LG화학은 시황과 매크로 불확실성 등을 고려해 투자 및 생산 목표를 전반적으로 하향 조정했다. 이영석 LG화학 첨단소재 경영전략담당 상무는 "올해는 3대 신성장 동력 중심으로 설비 투자액은 당초 4조원으로 계획했지만, 전년과 유사한 3조원 초중반이 될 것"이라며 "양극재 투자를 최우선하는 것에는 변함이 없지만 고객사 감산 기조에 맞춰 계획을 순차적으로 조정한다"고 말했다.  글로벌 양극재 생산 목표치도 줄였다. 이 상무는 "2026년 이후 양산을 목표로 건설 중이던 모로코 리튬인산철(LFP) 양극재 합작공장 투자는 고객과의 물량 조정을 토대로 가동 일정을 순연한다"며 "이에 따라 2026년 양극재 생산량은 기존 28만t에서 20만t로 줄어들 전망"이라고 밝혔다. 이어 "연간 양극재 출하량 계획도 기존 전년 대비 40% 증가에서 20% 증가로 하향 조정한다"며 "고객사의 전기차(EV) 생산량 조정 계획에 따른 것"이라고 밝혔다.  배터리 분리막 사업은 전면 재검토에 들어간다. LG화학 분리막 수요 성장과 중국 분리막 업체들의 경쟁력 등을 고려해 생산능력 확장 계획을 다시 점검한다. 리튬인산철(LFP) 양극재 양산도 1년 연기됐다. 이 상무는 "현재 청주 양극재 공장에 파일럿 라인이 구축됐지만, 2027년 양산을 전제로 투자를 검토하고 있다"고 전했다. 차 사장은 "3·4분기 이후에도 글로벌 침체 지속과 둔화된 전기차 수요로 어려움은 지속될 것"이라며 "수익성 제고를 위해 현금 흐름 관리와 원가 절감을 위해 노력하겠다"고 밝혔다.  yon@fnnews.com 홍요은 기자

[파이낸셜뉴스] LG에너지솔루션이 자원 선순환 체계 구축을 위해 업사이클링 캠페인을 진행한다. LG에너지솔루션은 16일 배터리 제조 과정에서 발생하는 폐분리막을 소형 크로스백 및 파우치 등으로 업사이클한 제품을 제작, LG그룹 구성원들에게 판매하는 자원 선순환 프로젝트 '리얼(RE:ALL) 캠페인:더 나은 모습으로 돌아오다'를 실시한다고 밝혔다. LG에너지솔루션은 캠페인 테마에 맞춰 폐분리막을 활용해 소형 크로스백, 북커버 파우치, 태블릿 파우치 등 다양한 일상 아이템으로 개발했다. 배터리 분리막은 배터리의 양극과 음극이 닿지 않도록 안전하게 분리하는 핵심 소재다. 지금까지 배터리 제조 공정에서 발생하는 폐분리막 대부분은 일반폐기물과 함께 단순히 폐기돼 왔다. LG에너지솔루션은 이번 캠페인을 통해 얻은 수익금은 환경 보호 및 생태계 복원 활동에 활용한다는 계획이다. LG에너지솔루션 관계자는 “배터리 생산 과정에서 발생한 폐기물을 가치 있는 제품으로 재탄생시키는 이번 업사이클링 캠페인을 통해 LG에너지솔루션의 자원 선순환 노력을 알리고자 했다”며 “앞으로도 지속가능한 미래를 위해 친환경 가치와 고객가치 실현에 앞장설 것”이라고 말했다. LG에너지솔루션은 기존에도 배터리를 수거해 잔존 수명이나 건강 상태를 진단해 다시 '재사용(REUSE)'하거나 사용 후 배터리를 분해해 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등의 금속을 추출하여 원재료로 '재활용(RECYCLE)'하는 등 다양한 사업을 추진하고 있다. psy@fnnews.com 박소연 기자

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 고동연·임성갑 교수팀이 기존에는 어려웠던 크기와 모양별로 분자를 분리할 수 있는 초박막 분리기술(사진)을 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 기존 제약 제조 공정보다 더 값싸고 에너지 비용이 적은 방법으로 제약 물질을 정제할 수 있다. 이를 통해 고부가가치의 제약 혼합물을 선택적으로 정제할 수 있게됐다. 29일 KAIST에 따르면 연구진은 반도체 제조 공정에 쓰이는 고분자 박막 증착 기술로 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 성능의 분리막을 만들어냈다. 분리막은 열을 이용한 증류방법 보다 훨씬 적은 에너지를 사용해 경제적이다. 또 산업계 전반에 사용되는 다양한 물질을 분리하는데 저탄소 해결법을 제공할 수 있다. 이 때문에 비교적 짧은 상업화 역사에도 석유화학, 반도체, 재생합성연료, 바이오 제약 분야 등 활용분야가 다양하다. 해수 담수화와 같은 전통적 활용 분야를 뛰어넘어 분리막이 고부가가치의 화합물을 선택적으로 분리하기 위해서는 기존 소재의 한계를 뛰어넘을 수 있는 혁신적인 고분자 소재의 개발이 필요하다. 연구진이 만든 29나노미터(nm) 두께의 분리막은 다양한 활성 제약 성분, 석유 화합물, 연료 분자 등이 속하는 크기의 매우 작은 분자들을 정제할 수 있다. 또 다양한 유기 물질이 섞여 있어도 가능하다. 연구진은 실제로 여러 약물이 섞여 있는 상황에서 이 분리막을 실험했다. 헤르페스 바이러스 치료에 사용되는 주요 활성 제약 성분(API)인 아시클로버, 발라시클로버와 같이 비슷한 모양·크기를 가진 분자들을 섞어놨다. 이분리막을 이용한 결과, 매우 높은 순도로 아시클로버만 분리해냈다. 고동연 교수는 "이 기술은 기존 분리막의 수명과 분자 선택도를 뛰어넘는 분리막 성능을 입증해 산업계에 분리막이 적용될 수 있는 영역을 넓힐 것"이라고 전망했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국립부경대학교는 조계용 교수(공업화학전공) 연구팀이 차세대 이차전지로 꼽히는 리튬-황 배터리의 새로운 분리막을 개발했다고 7일 밝혔다. 국립부경대 조계용 교수와 부산대 이진홍 교수(유기소재시스템공학전공) 등 공동연구팀은 리튬-황 배터리 상용화의 주요 걸림돌인 열화현상을 일으키는 셔틀효과(shuttle effect)를 극복하기 위해 금속유기골격체(MOF) 소재를 기반으로 한 제조 방법을 제시했다. 연구팀은 넓은 표면적을 지닌 다공성 물질 MOF 소재를 기반으로 분리막을 제조, 적용해 리튬-황 배터리의 충-방전 효율과 전극의 안정성을 높이는 연구 결과를 발표했다. 리튬-황 배터리는 높은 전기용량 구현이 가능해 차세대 이차전지로 크게 주목받고 있지만 충-방전때 셔틀효과로 리튬폴리황산사슬(Li2Sx)이 생성되며 영구적인 전극용량 감소와 배터리 수명 단축 등을 초래하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 조 교수 연구팀은 MOF 소재 중 하나인 절연성 금속유기골격체(ZIF-8)를 이용한 기능화된 다기능성 MOF 소재(ZIF8A)와 그래핀 옥사이드(Graphene oxide)의 복합물인 'NZG'로 분리막을 제작해 셔틀효과를 극복하고 높은 전극용량을 유지하도록 했다. 그 결과 충-방전 시 발생하는 폴리황화물(Polysulfide)이 넓은 표면적에 과량의 아민(Amine)을 가지는 NZG 복합물에서 촉매 작용을 통한 빠른 산화-환원반응으로 빠른 충-방전 속도에서도 높은 전극용량을 유지하는 리튬-황 배터리를 제작할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구 및 산업통상자원부의 지원을 받아 이뤄졌다. 재료·에너지 분야 국제학술지 'Composites PartB: engineering'(IF=13.1, JCR=0.6%)에 최근 게재됐다. 이번 연구 논문의 제1 저자인 김세훈 석사과정 학생은 "다기능성 MOF 소재의 개발과 복합화 기술, 이를 활용한 리튬-황 전지용 분리막 코팅기술을 개발해 종전에 분리막이 갖고 있던 문제점을 개선함으로써 차세대 배터리 종류에 하나인 리튬-황 전지의 상용화가 앞당겨질 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. roh12340@fnnews.com 노주섭 기자

[파이낸셜뉴스] 국립부경대학교는 조계용 교수(공업화학전공) 연구팀이 전기차 등에 사용되는 리튬 이온 이차전지의 '열 폭주'를 억제하는 분리막을 개발했다고 31일 밝혔다. 조계용 교수, 박재원 석사과정 연구원, 권영제 박사과정생, 인천대 윤정식 교수(에너지화학공학과) 등으로 구성된 연구팀은 리튬 이온 배터리의 열적 안정성을 향상하고 자기 소화능력 도입을 통해 화염을 억제하는 분리막을 개발했다. 연구팀은 기능화된 불소계 고분자를 상용 폴리프로필렌 분리막에 코팅하고 가교반응(사슬 모양 구조의 천연·합성 고분자에 새 화학 결합을 만들어 삼차원 그물 구조를 가지게 하는 반응)을 이용해 이 분리막을 개발했다. 최근 탄소 배출량을 줄이기 위해 수소 전지나 리튬 이온 배터리 기반 이동 수단 개발이 진행되고 있지만 리튬 이온 배터리 기반 전기자동차의 치명적인 단점으로 유기 전해질의 발화에 다른 열 폭주 현상 등 안전에 대한 우려가 제기되고 있다. 조계용 교수 연구팀이 개발한 리튬 이온 이차전지용 분리막은 열적 안정성을 향상한 것은 물론 자기 소화 능력을 갖춰 이 같은 열 폭주 현상을 억제할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 불소계 고분자 코팅층이 고분자의 가교반응을 통해 고온에서 분리막의 열 수축을 억제해 분리막의 고온 안전 특성을 향상시켰고, 연소때 분리막의 전해질과 코팅층이 함께 분해된다. 부촉매 소화 효과를 통해 배터리 화재가 발생했을 때 지속적인 발화 현상을 억제하며 자기 소화능력을 보였다. 논문 제1 저자인 박재원 연구원은 "이번 연구로 리튬 이온 배터리의 안전성에 대한 우려를 해소하는 것은 물론 친환경적인 미래를 위해 리튬 이온 배터리가 더욱 다양한 분야에서 사용될 수 있기를 기대한다"고 밝혔다. 이번 연구는 지자체·대학 협력기반 지역혁신사업(RIS), 산업통상자원부와 연구재단의 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과를 담은 논문 'Fluorine-rich modification of self-extinguishable lithium-ion battery separators using cross-linking networks of chemically functionalized PVDF terpolymers for highly enhanced electrolyte affinity and thermal-mechanical stability'는 국제학술지 <Journal of Materials Chemistry A>(IF 11.9 / JCR 상위 8.8%)에 1월 28일 게재됐고 표지논문으로도 선정됐다. roh12340@fnnews.com 노주섭 기자

롯데케미칼이 차세대 반고체·전고체 리튬메탈배터리에 사용되는 고분자계 고체전해질 기반 '분리막 코팅소재 제조 기술'을 국내 최초로 개발하고 국내특허 출원을 완료했다고 28일 밝혔다. 이 기술은 리튬이온의 흐름성을 개선하는 기능성 소재를 리튬메탈배터리 분리막에 코팅해 덴드라이트(전지의 활성을 저하시키는 가지모양의 결정) 현상을 억제해 배터리의 내구성을 개선하는 것이 핵심이다. 이를 통해 리튬메탈음극재의 장기 안정성과 내구성을 확보할 수 있으며 500사이클에서 90% 이상의 용량보존율을 보여 기존 코팅이 없는 분리막 대비 30% 이상의 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다. 이 기술을 활용하면 기존 리튬이온배터리에 적용되는 제조설비 사용이 가능해 차세대 반고체·전고체 리튬메탈배터리 생산설비 구축 시 투자비 절감이 가능한 장점도 있다. 롯데케미칼은 지난 2021년 리튬메탈음극재 개발 미국 스타트업 '소일렉트'에 지분투자 및 공동연구개발(JDA)을 체결하고 2년여의 공동연구를 통해 관련 기술을 개발, 적용했다. 롯데케미칼은 현재 국내외 리튬메탈배터리 연관업체 및 대학 등과 기술 적용을 위한 테스트를 진행 중이며 전문 연구기관들과 추가 협력관계를 구축할 예정이다. 이를 통해 리튬메탈음극재가 적용 가능한 시장을 개척하고 리튬메탈배터리의 상용화를 앞당기는데 기여할 계획이다. 황민재 롯데케미칼 종합기술원장은 "롯데케미칼이 가진 미래소재기술을 통해 배터리 핵심 기술을 신속히 확보함으로써 글로벌 배터리 소재 시장을 적극 공략하고 관련 시장을 선도해 나가겠다"고 말했다. 김영권 기자