[파이낸셜뉴스] 한국원자력연구원과 한국재료연구원이 공동 연구를 통해 방사선이 터널링 효과를 만들어내 반도체의 전기적 성질을 바꿔 고장을 일으킨다는 것을 밝혀냈다. 즉 방사선으로 인한 반도체 고장 원인은 소자 자체의 변화가 아니라 반도체 내부의 경계면과 제작공정에서 발생한 공기층이 연계돼 발생할 수 있음을 밝혀낸 것이다. 이는 인공위성이나 우주선용 반도체 개발을 위한 중요한 정보를 제공한 것으로 평가받고 있다. 원자력연구원 방사선융합연구부 강창구 박사는 25일 "방사선 영향평가 분석시스템의 고도화를 통해 나노소재 기반 반도체 소자가 방사선을 견디는 특성을 개선하고, 다양한 회로 수준에서 내방사선 반도체 연구를 수행할 계획"이라고 말했다. 강창구 박사팀과 재료연구원 김용훈 박사팀은 먼저 2차원 나노소재인 이황화몰리브덴을 활용해 트랜지스터를 제작했다. 이 트랜지스터는 실리콘 기판 위에 전자를 차단하는 절연체와 반도체 물질인 이황화몰리브덴을 층으로 쌓고 전극으로 연결해 전기신호를 처리하는 반도체 소자다. 이후 트랜지스터에 동위원소인 코발트60에서 나오는 감마선을 쪼여 특성을 분석했다. 그 결과, 감마선 조사량이 증가할수록 기존 실리콘 소재와 달리 트랜지스터에 전류가 흐르기 위한 최소한의 전압인 문턱전압이 높아짐과 동시에 전류가 소폭 감소해 반도체에 오류를 일으킬 수 있는 특이 현상이 나타났다. 이 현상은 이황화몰리브덴에 감마선을 쬐면 전자가 비정상적으로 빠져나와 절연체와의 경계면과 공기층으로 들어가는 전자 터널링 현상이 일어난 것이 원인이었다. 또한, 감마선 조사량이 증가할수록 더 많은 전자 터널링 현상이 일어남을 확인했다. 원자력연구원 정병엽 첨단방사선연구소장은 "나노소재를 이용한 내방사선 반도체 기술 개발은 아직 초기 단계"라며, "방사선으로 인해 화학적, 물리적 성질이 나빠지는 열화현상의 근본적 원인을 밝힐 수 있도록 노력하겠다"고 말했다. 한편, 이번에 밝혀낸 연구결과는 국제학술지 '나노머티리얼즈(Nanomaterials)' 8월호 표지논문으로 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국화재보험협회는 친환경 냉매를 사용한 에어컨에서 발생할 수 있는 화재 위험성을 알아보고 대비하기 위한 화재재현실험을 실시했다고 13일 밝혔다.  소방청 국가화재정보시스템 통계자료에 따르면 지난해 에어컨 화재의 원인은 전기적 요인이 234건(약 80%)으로 가장 많았고, 과열 등 기계적 요인 22건(7.5%), 부주의 18건(6.1%)순으로 나타났다. 이에 이번 실험은 에어컨 전선의 접촉 불량 등 다양한 원인으로 발생한 화재와, 그로 인한 냉매(HFC: 수소불화탄소 계열 R-32) 누출이 화재 확산에 미치는 영향을 규명하기 위해 마련됐다. 협회 화재조사센터는 에어컨 주요 화재 위험 요인 3종류에 대한 실험을 실시다. 첫 번째, 접속단자 등 전기적 접촉 상태가 불완전할 때 발생할 수 있는 접촉 불량과 전선 노후화로 인한 절연열화 화재재현실험, 두 번째, 상호 전위차를 가지는 전극 사이에 습기나 도전성 분진 등의 이물질이 부착될 때 발생할 수 있는 트래킹 화재재현실험, 마지막으로 담배꽁초 등 부주의로 발생할 수 있는 화재재현실험을 진행했다. 해당 실험으로 생성된 불꽃방전(아크)이나 불꽃에 의해 냉매 배관에 변형 또는 용융이 일어나 친환경 냉매가 누출되는 경우 연소가 확대되는 것을 확인했다. 협회 관계자는 “이번 재현실험을 통해 각 화재 위험 요소가 실제 상황에서 어떻게 작용하는지를 분석하였으며, 이를 바탕으로 화재 예방을 위해 다음 사항들을 주의해야 한다”고 당부했다. 우선 친환경 냉매는 가연성가스이므로 냉매를 충전하거나 누출되는 경우 열, 화염, 스파크 및 기타 점화원에 의해 착화될 수 있으므로 환기를 철저히 하는 등 취급 상 주의가 필요하다. 또 에어컨 실외기 주변에서 흡연하는 행위는 될 수 있는 대로 금지하고, 가연물(쓰레기통,종이박스 등)은 적치되지 않도록 주의해야 한다. 에어컨 실외기를 밀집 설치하거나 종렬로 설치하는 경우 연소가 확대될 수 있으므로, 타 설비와 이격 설치하는 것을 권장하며 에어컨은 규격에 맞는 전선을 사용하고,전선은 되도록 접속점이 생기지 않도록 설치해야 한다. 에어컨 이전설치 시 부득이하게 전선을 절단해서 연결하는 경우 압착 슬리브 등 접속기구를 사용해야 한다. 접속기구를 사용하는 경우에도 지속적인 진동 등에 의해접촉력이 약해지면서 접촉불량이 발생할 수 있으므로 정기적인 점검(열화상 카메라)이 필요하다. 실외기 전원 단자 대에 먼지나 수분 등이 쌓이지 않도록 주의하고, 정기적인 점검을통해 누적된 이물질 등을 제거하는 것을 권장한다. 실외기 전원 단자대는 난연 재질의 제품을 사용해야 한다. 에어컨 시공 시 꺾이는 부분은 주름 배관 또는 엘보 등을 사용하는 것을 권장한다. 에어컨 냉매 배관을 시공하는 중에 과도하게 꺾이는 경우 가연성가스 냉매가 누출될 수 있으며, 누출된 가연성가스 냉매는 공기보다 증기 밀도가 높아서 지면을 따라 흐르거나 움푹 파인 곳에 체류하다가 화재가 발생할 수 있기 때문이다. 나아가 알루미늄 엠보페어 배관은 에어컨 냉매 배관이 동 배관과 알루미늄 배관을 복합적으로 사용하는 경우 이종 금속 간 접속에 의한 전이 부식,냉매 배관의 결로현상에 의한 부식 등으로 가연성가스 냉매가 노출될 수 있다. 동은 알루미늄보다 용융점이 높고내식성,열 전도성 등 물리적 특성이 우수하므로 동 배관을 사용하는 것을 권장한다. 한국화재보험협회 부설 방재시험연구원은 "일상에서 발생하는 크고 작은 화재 사고를 예방하기 위해 다양한 원인 분석과 예방책 마련을 위한 연구를 지속적으로 추진할 계획"이라고 강조했다. yesji@fnnews.com 김예지 기자

【파이낸셜뉴스 대전=김원준 기자】"지구 온난화를 넘어 '열화 현상'이라고까지 일컫는 전세계적인 기후위기는 산불과 산사태, 병해충 등 산림재난 확산의 가장 큰 원인이다." 남성현 산림청장은 봄철산불조심기간(2월 1일~5월 15일)중인 지난달 30일 파이낸셜뉴스와 가진 인터뷰에서 기후위기를 산림재난의 주요인으로 지목했다. 기온이 올라가면서 습도가 낮아지고 바람까지 불면 산불 발생 가능성은 크게 높아지기 마련. 대형 산불이 발생해 나무들이 불에 타 생명력을 잃으면 산사태 위험성이 높아지게 되고, 산불 피해목은 산림병해충 매개충의 산란처가 돼 숲이 병든다는 게 남 청장의 설명이다. 남성현 청장은 "산림재난은 서로 연계해 발생하며 최근 기후 변화로 인해 대형화·일상화하고 있는 추세"라면서 "산림을 중심으로 기후변화는 평지보다 심해 예측 불가능성은 더욱 커진다"고 말했다. 남 청장은 산불과 산사태, 산림 병해충이 연계돼 있는 만큼 통합관리의 중요성을 강조한다. 현재는 산림 생태계 보호와 산림 환경 증진, 산림 재난관리까지 산림보호법에 따르고 있지만 확산하는 산림재난에 대처하는데 한계가 있다는 것이다. 현행 산림보호법이 산림보호구역 관리와 보호수 지정·관리 등 산림보호에 초점이 맞춰져있기 때문이다. 남 청장은 "산림재난에 대응하기 위해서는 산불진화대와 산사태현장예방단, 산림병해충예찰단 등 산림재난 인력의 통합운영이 필요하다"면서 "산불진화부터 피해수습·복구까지 전 과정을 체계적으로 관리하는 재난대응 시스템을 확립하겠다"고 밝혔다. 최근 '임도가 산불과 산사태를 키운다'는 일각의 주장과 관련, 남 청장은 "임도가 기상 조건을 바꿀 수도 없으며 바꾼다는 과학적 근거는 어디에도 없다"면서 "전국 임도 중 산사태 피해가 발생한 곳은 연평균 0.2%에 불과하다"고 잘라 말했다. 다음은 남 청장과의 일문일답 ―최근 산불이 대형화되고 있는 이유가 있나. ▲산불에 영향을 미치는 중요한 요인은 바람, 온도, 습도 3가지로 보면된다. 20도 경사지에서 초속 6m의 바람이 불면 바람이 불지 않을 때보다 26배 빠르게 산불이 확산한다는 연구 결과가 있다. 특히 기온이 섭씨 1.5도 상승하면 산불발생위험이 8.6%증가하고 2도 올라가면 13.5%나 위험도가 높아진다. 습도가 25%이하로 낮다면 발화 가능성을 더욱 높아 질 수 밖에 없다. 최근 봄철에는 고온·건조·강풍 등 이상기온 현상이 잦아지면서 산불이 대형화하는 추세를 보이고 있다. 지난해 4월 2일에는 하루 동안 모두 35건의 산불이 발생했다. 하루 역대 3번째 많은 산불 발생건수다. 이 불 가운데 5건이 대형산불로 번져 하루 역대 최대 대형산불 발생 건수를 기록했다. 산림 내 나무의 양이 50년 전에 비해 15배, 20년 전에 비해 3배 증가해 산불 연료가 증가한 것도 산불이 대형화하는 주요 원인 중 하나다. ―산불조심기간의 주요 활동은 뭔가. ▲산림청은 우선 영농부산물 등 불법소각을 막기 위해 농촌진흥청과 지방자치단체 등과 협업해 임·농산물의 부산물의 파쇄·수거를 확대하고 산불위험지에 대한 입산통제에 나선다. 또 동해안 전력설비 주변 위험목을 제거하는 한편, '소각산불 없는 녹색마을캠페인'을 펼쳐 민간 주도의 산불 예방활동에 나선다. 여기에 인공지능(AI)기반의 24시간 산불감시 '정보통신(ICT) 플랫폼'을 전국에 확대하고 산림·유관기관의 폐쇄회로(CC)TV를 활용해 산불 감시의 사각지대를 줄여나가고 있다. 일단 산불이 발생했을 경우 신속하고 효율적인 대처를 위해 112와 119로 접수되는 산불신고 체계를 개선해 산불 신고·접수시간을 4분에서 2분으로 단축했다. 또 피해 최소화를 위해 산불시스템에 주요시설과 중요시설과 요양시설 등 취약시설, 대피시설 등 취약시설 정보 탑재했다. 야간, 강풍 산불에 대응하기 위해 담수량 3.5배, 방수량 4배의 고성능 산불진화차도 올해 11대 추가 도입, 모두 29대를 확보한 상태다. 해외 임차헬기도 7대를 운영하고 있으며 산불진화헬기도 지속적으로 도입 예정이다. ―산림재난 통합관리가 왜 필요한가. ▲현행 산림보호법은 산림보호구역 관리와 보호수 지정·관리 등 산림보호에 초점이 맞춰져 있어 산림에서 상호 연계돼 연속적으로 발생하는 산림재난에 효과적으로 대응하는 데 한계가 있다. 산림재난을 통합 관리할 수 있는 법적 기반이 필요하다. 현재 국회 농림축산식품해양수산위원회에 상정돼 있는 '산림재난방지법안'이 반드시 국회를 통과해야 한다. 산림재난방지법안에는 산림재난대응단 및 산림재난분야 통합관리 조직을 신설하는 내용이 담겼다. 산림재난에 대응하기 위해서는 산불진화대와 산사태현장예방단, 산림병해충예찰단 등 산림재난 인력의 통합운영이 필요하다. 산불진화부터 피해수습·복구까지 전 과정을 체계적으로 관리하는 재난대응 시스템을 확립할 계획이다. ―러시아산 산불 진화헬기 부품 공급 차질 대책이 있나. ▲일단 단기 대책으로 러시아 카모프 헬기 가동률 하락 대비해 담수용량이 큰 해외 대형임차헬기(CH―47) 7대를 도입해 운영중이다. 대형 임차헬기는 러시아 카모프 헬기보다 진화효율이 8배나 높다. 카모프 헬기를 보유한 국내 유관기관의 가용부품과 민간업체 보유 부품을 활용해 가동률을 최대한 높이려고 노력하고 있다. 장기적으로는 담수용량이 큰 산불진화헬기를 지속적으로 확충해 현재 48대인 산불 진화헬기를 오는 2027년까지 58대로 확충할 계획이다. ―산불진화용 임도(林道) 확대가 필요한가. ▲한 연구결과에 따르면 산림 관리를 목적으로 건설한 도로인 임도가 있으면 2㎞ 기준으로 4분만에 진화 현장에 도착할 수 있다. 하지만 임도가 없어 도보로 이동할 경우 약 48분 걸려 현장 도착시간이 12배의 차이를 보인다. 수송면에서도 임도를 통해서는 진화차량 및 등짐펌프 등이 진화장비를 신속하게 많이 운송할 수 있지만, 임도가 없으면 사람이 직접 옮겨야 하는 만큼 장비를 옮기는데 한계가 뒤따른다. 특히 임도 유무에 따라 야간 진화 효율이 5배의 차이를 나타낸다. 임도를 통해 진화자원을 투입하면 산불 확산 예측보다 최대 3분의 1 수준으로 피해면적이 감소한다. 일부 산불에서는 방화선 기능도 수행하는 것으로 확인됐다. ―임도가 산불과 산사태의 원인이 되고 있다는 일부 지적이 있다. ▲산불은 바람, 온도, 습도 등 기상 조건의 영향을 많이 받는다. 임도가 기상 조건을 바꿀 수도 없으며 바꾼다는 과학적 근거는 어디에도 없다. 여기에 전국 임도 중 산사태 피해가 발생한 곳은 연평균 0.2%에 불과하다. 산사태는 집중호우나 비가 지속적으로 계속 내릴 때 발생한다. ―극한호우 증가로 산사태 발생이 늘고 있다. ▲산사태 취약지역을 확대하고 현장점검 등 관리강화하고 있다. 현재 2만8988곳을 산사태 취약지역으로 지정한 상태다. 이들 지역에 대한 점검결과 위험요인이 확인되면 현장 조치하고 보수보강에 나서고 있다. 산사태 취약지역 중심으로 예방사업도 추진한다. 올해는 산지사업지구 300㏊와 계류보전지구 400㎞, 사방댐 510곳 등이 예방사업 대상지다. 우기가 시작되기 전인 5월 15일부터 오는 10월 15일까지산사태예방지원본부 운영 등 비상 대응체계를 가동하고 기후상황·산사태 위기징후 모니터링 및 24시간 비상근무에 나선다. ―소나무 재선충병이 급격히 번지며 3차 팬데믹 상황을 맞고 있다. ▲지난 2022년부터 소나무재선충병 피해가 증가했지만 집중 방제에 나서 올해는 소폭 감소하거나 지난해와 비슷한 수준에 머물 것으로 전망된다. 소나무재선충병은 한번 피해가 발생하면 추세가 안정될 때까지 지속적이고 꾸준한 방제가 중요하다. 피해가 심한 지역은 경남·북 일부 지역이며 이 일대가 전국 피해 면적의 64%를 차지한다. 산림청은 피해가 집단·반복적인 대구 달성 및 경북 포항 등 6개 시군 4만483㏊는 특별방제구역으로 지정하고, 소나무류 이 외 다른 수종으로 수종전환을 추진하고 있다. ―소나무재선충병 방제 약제의 인체유해성 논란이 끊이지 않다. ▲소나무재선충병 방제 약제는 농약관리법에 따라 농촌진흥청과 국립농업과학원이 철저하게 안정성을 검증한 등록된 약제만을 사용한다. 소나무재선충병 방제에 사용하는 약제는 사람들이 섭취하는 사과와 오이 등 채소류, 과일류 등 농업 분야에서도 광범위하게 사용된다. 일각에서 방제약이 묻은 송홧가루가 인체에 흡수되면 부작용을 초래한다는 주장을 하고 있다. 그러나 송홧가루는 크기가 40㎛이상으로 커서 인체에 흡수되지 않으며 설령 흡수된다고 가정해도 인체에 해롭지 않은 수준이다. 국립산림과학원 분석결과, 송홧가루 약제 잔류 흡입량은 1일 섭취 허용량의 100만분의 1 이하로 위해성이 없는 것으로 확인됐다. ―평소 '목재 이용이 곧 탄소중립'이라고 강조하는 의미는 뭔가. ▲목재는 국제적으로 인정된 탄소저장 소재로, 목재 사용은 국가 온실가스 감축 목표 달성에 기여하고 있다. 수확된 목재제품은 기후변화협약에 따라 탄소저장고로 인정받고 있다. 산림에서 수확돼 목재로 이용되는 동안 탄소는 계속 저장되는 만큼 목조건축 등 다양한 분야에 목재를 이용하는 게 탄소중립을 이루는 지름길이다. 국산목재 활용을 위해 목재친화도시, 목조건축 실연사업, 목조전망대 등 공공부문 선도사례를 전국적으로 추진 중이다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자

[파이낸셜뉴스] 소프트센은 미국 S사로부터 연구개발(R&D)용 차세대 배터리 생산설비 일체를 턴키로 수주했다고 21일 밝혔다. 이번에 수주한 차세대 배터리 생산설비는 미국 S사와 국내 메이저 배터리업체가 협력해 설치한 국내 연구소에 납품할 계획이다. S사는 황화물계 고체 전해질과 대용량 셀 기술을 접목시켜 수명과 성능을 대폭 강화한 차세대 배터리 개발에 강점을 가지고 있다. 현재 개발 중인 차세대 배터리의 약 70~80%를 차지하는 황화물계는 고속 충전을 위해 리튬이온 전달 효율이 높다는 특징이 있다. 차세대 배터리는 기존 액체 전해질을 고체로 대체해 에너지 밀도를 높이고 화재 위험으로부터 안전한 '꿈의 배터리'로 불린다. 기존 리튬 이온 배터리에 비해 주행 거리 연장, 배터리 수명 연장, 안전성 향상 및 비용 절감이 가능하기 때문에 일본 도요타, 한국 삼성SDI, LG에너지솔루션을 비롯한 전 세계 유수의 완성차 및 배터리 생산업체들이 연구개발에 박차를 가하고 있다. 앞서 소프트센은 테슬라의 협력사인 ONE에 리튬·인산·철(LFP) 배터리용 엑스레이(X-Ray) 검사장비를 공급한 바 있다. 주로 중국 업체에서 생산하는 LFP 배터리는 국내 업체들이 주력으로 생산해 온 삼원계 배터리보다 에너지 밀도가 낮지만, 화학 구조가 안정적이라 화재 위험성이 낮다. 배터리셀의 열화 현상도 적어 수명이 길고 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 소프트센 관계자는 "아직 연구개발용 설비이기는 하지만 차세대 배터리를 생산하는 전체 설비를 납품하는 만큼, 고객사의 연구개발 라인이 안정화되면 본격 생산라인용 대규모 추가 발주가 이어질 것으로 기대하고 있다"고 전했다. 이어 “현재 수요가 증가하고 있는 LFP 배터리용 검사장비는 물론, 차세대 배터리 생산 설비를 개발해 미래의 먹거리도 동시에 준비하고 있다”고 덧붙였다. dschoi@fnnews.com 최두선 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

국내 연구진이 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 전지 상용화의 열쇠가 될 '저압 구동' 원리를 찾아냈다. 전고체 전지는 리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지이지만 사용할수록 부피가 커지고 성능이 떨어지는 단점이 있다. 12일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 KIST 에너지저장연구센터 정훈기 박사팀은 전고체 전지의 고체 전해질에서 나온 황이 양극의 균열에 침투해 성능이 떨어진다는 것을 밝혀냈다. 이는 기존 연구와 달리 전고체 전지의 양극 부품 외부가 아닌 내부에서도 열화가 발생할 수 있음을 최초로 확인해 저압 환경에서도 전고체 전지가 안정적으로 구동될 수 있는 가능성을 보여준 것이다. 정 박사는 "일반 리튬이온 전지도 이런 현상이 있기는 하지만 지금까지 전고체 전지에서 일어나는 실험은 없었는데, 이번에 실험을 해보니 그 현상이 더 심했다"고 말했다. 이번 연구를 통해 전고체 전지의 성능 저하 원인을 밝혀냄으로써 문제 해결의 실마리를 찾게 된 것이다. 이를 해결할 경우, 그간 전고체 전지의 생산비용 상승의 주요 원인이었던 외부 보조장치를 제거해 경제성을 확보할 수 있게 될 것으로 기대된다. 지금까지 개발된 전고체 전지는 성능저하를 최소화하기 위해서는 높은 압력을 유지하는 장치를 추가해야 했다. 이는 배터리의 부피와 생산공정이 늘면서 생산가격이 상승해 상용화의 걸림돌로 작용했다. 연구진은 황이 섞인 동전형 전고체 전지를 0.3MPa 수준의 저압 환경에서 반복 사용하면서 살펴봤다. 50회 충·방전을 시행한 결과, 니켈-코발트-망간(NCM) 양극층 부피가 2배에 가까운 178%로 팽창됐다. 또 내부 단면은 양극 소재와 고체 전해질 사이에 심한 균열이 발생했다. 연구진은 "이번 실험을 통해 저압 구동에서 열화의 원인이 전해질과 양극 접촉 외에도 양극의 내부 균열 등 상변화가 있다는 것을 밝혀냈다"고 설명했다.또, 고체 전해질에 존재하는 리튬과 구분하기 위해 양극의 리튬을 동위원소(6Li)로 대체한 후 양극 내 리튬 소모가 셀 전체 용량 감소에 영향을 미치는 메커니즘까지 최초로 확인했다. 충·방전을 반복하는 과정에서 고체 전해질에서 나온 황이 양극 내부 균열에 비집고 들어가 전기가 통하지 않는 황화리튬을 만들어낸 것이다. 이는 활성 리튬이온을 고갈시킴으로써 전고체 전지의 용량을 감소시켰다.정 박사는 "전고체 전지의 상용화를 위해서는 현재의 가압 환경이 아닌 무가압 또는 저압 환경에서 구동할 수 있는 새로운 양극 및 음극 소재의 개발이 필수적"이라며, "저압 구동형 전고체 전지를 전기자동차와 같은 중대형 응용 분야에 적용 시 기존의 리튬이온전지 제조시설을 최대한 활용할 수 있어 큰 도움이 될 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 전고체 전지의 성능 저하 원인을 에너지 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했으며, 최신호 표지논문(Front cover)에 선정됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 전지 상용화의 열쇠가 될 '저압 구동' 원리를 찾아냈다. 전고체 전지는 리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지이지만 사용할수록 부피가 커지고 성능이 떨어지는 단점이 있다. 12일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 KIST 에너지저장연구센터 정훈기 박사팀은 전고체 전지의 고체 전해질에서 나온 황이 양극의 균열에 침투해 성능이 떨어진다는 것을 밝혀냈다. 이는 기존 연구와 달리 전고체 전지의 양극 부품 외부가 아닌 내부에서도 열화가 발생할 수 있음을 최초로 확인해 저압 환경에서도 전고체 전지가 안정적으로 구동될 수 있는 가능성을 보여준 것이다. 정 박사는 "일반 리튬이온 전지도 이런 현상이 있기는 하지만 지금까지 전고체 전지에서 일어나는 실험은 없었는데, 이번에 실험을 해보니 그 현상이 더 심했다"고 말했다. 이번 연구를 통해 전고체 전지의 성능 저하 원인을 밝혀냄으로써 문제 해결의 실마리를 찾게 된 것이다. 이를 해결할 경우, 그간 전고체 전지의 생산비용 상승의 주요 원인이었던 외부 보조장치를 제거해 경제성을 확보할 수 있게 될 것으로 기대된다. 지금까지 개발된 전고체 전지는 성능저하를 최소화하기 위해서는 높은 압력을 유지하는 장치를 추가해야 했다.이는 배터리의 부피와 생산공정이 늘면서 생산가격이 상승해 상용화의 걸림돌로 작용했다. 연구진은 황이 섞인 동전형 전고체 전지를 0.3MPa 수준의 저압 환경에서 반복 사용하면서 살펴봤다. 50회 충·방전을 시행한 결과, 니켈-코발트-망간(NCM) 양극층 부피가 2배에 가까운 178%로 팽창됐다. 또 내부 단면은 양극 소재와 고체 전해질 사이에 심한 균열이 발생했다. 연구진은 "이번 실험을 통해 저압 구동에서 열화의 원인이 전해질과 양극 접촉 외에도 양극의 내부 균열 등 상변화가 있다는 것을 밝혀냈다"고 설명했다. 또, 고체 전해질에 존재하는 리튬과 구분하기 위해 양극의 리튬을 동위원소(6Li)로 대체한 후 양극 내 리튬 소모가 셀 전체 용량 감소에 영향을 미치는 메커니즘까지 최초로 확인했다. 충·방전을 반복하는 과정에서 고체 전해질에서 나온 황이 양극 내부 균열에 비집고 들어가 전기가 통하지 않는 황화리튬을 만들어낸 것이다. 이는 활성 리튬이온을 고갈시킴으로써 전고체 전지의 용량을 감소시켰다. 정 박사는 "전고체 전지의 상용화를 위해서는 현재의 가압 환경이 아닌 무가압 또는 저압 환경에서 구동할 수 있는 새로운 양극 및 음극 소재의 개발이 필수적"이라며, "저압 구동형 전고체 전지를 전기자동차와 같은 중대형 응용 분야에 적용 시 기존의 리튬이온전지 제조시설을 최대한 활용할 수 있어 큰 도움이 될 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 전고체 전지의 성능 저하 원인을 에너지 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했으며, 최신호 표지논문(Front cover)에 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과·친환경소재대학원 김용태 교수와 유상훈 박사과정생 연구팀이 수소 연로전지의 부식을 방지하고 성능과 효율을 높이는 텅스텐 코팅법을 개발했다. 이 기술은 휴대폰 케이스와 필름처럼 친환경 수소 연료전지 전극을 보호한다. 김용태 교수는 "상용 수소연료전지 자동차 내구성을 높이는 데 직접적이면서도 효과적으로 기여할 수 있을 것"이라며, "무엇보다 막·전극 접합체(MEA) 양산 공정에 즉시 적용할 수 있어 실용화가 수월할 것"이라고 8일 말했다. 연구진은 수소 연료전지 핵심 부품인 막·전극 접합체(MEA)를 텅스텐 산화물로 코팅해 전극의 성능과 효율을 높였다. 텅스텐 산화물이 코팅된 MEA를 실제 셀에 적용한 결과, 시동과 급정지 조건에서 촉매가 부식되지 않았고, 94%의 높은 성능 유지율을 보였다. 텅스텐 산화물을 MEA에 코팅하는 기술은 전지의 내구성 향상에 아주 효과적이면서 동시에 이미 어느 정도 양산화 조건이 잡혀있는 MEA 공정에 바로 적용할 수 있다는 효용성까지 갖추고 있다. 수소차의 시동을 걸거나 차가 갑자기 정지하는 경우 차 내부로 외부 공기가 유입된다. 이 공기에 포함된 산소로 인해 전지 내부에 전기화학 반응이 일어나 촉매의 부식이 촉진된다. 도로 위를 달리고 멈추는 자동차의 특성상 시동과 정지 상황은 빈번하게 발생할 수밖에 없으며, 이로 인한 촉매의 성능 열화 역시 심각한 수준이다. 연구진은 이를 해결하기 위해 금속-절연체 전이(MIT)를 이용했다. MIT는 주변 기체의 농도나 온도 등 외부 자극으로 전기가 흐르지 않던 절연체에 전류가 흐를 수 있게 되는 현상이다. 텅스텐 산화물은 양성자의 삽입과 분리에 따라 MIT 현상을 구현하여 선택적으로 전도도를 가지는 특성이 있다. 연구진은 텅스텐 산화물을 MEA의 양극에 있는 촉매 층 위에 코팅해 일반적인 작동 조건에서는 전기 전도성을 가지다가 시동과 급정지 조건에서만 선택적으로 전류의 흐름을 차단해 촉매의 부식을 유발하는 전기화학적 반응을 억제했다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 텅스텐 코팅법이 그 우수성을 인정받아 국제 학술지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'의 표지 논문에 선정됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]  디에이테크놀로지가 코리센과 ‘망간-비스무스(Mn-Bi) 페라이트 자석’ 2차 프로토타입 제작을 완료했다. 8일 디에이테크놀로지에 따르면 이번 2차 프로토타입은 각 수요별 요구사항에 따라 맞춤형 제작이 가능한 만큼 글로벌 완성차 기업은 물론 가전 기업 등과 협업 논의에 탄력이 붙을 전망이다. 특히 글로벌 가전 기업과 2차 프로토타입 기반 공급 협의를 앞두고 있어 조만간 가시적인 성과를 달성할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 디에이테크와 코리센의 Mn-Bi 페라이트는 340℃ 고온에서도 자성 특성을 유지하는 것이 가장 큰 강점이다. 열화적 특성상 200℃이상 온도에서 성능이 떨어지는 희토류 영구자석의 최대 단점을 보완한 만큼 희토류 영구자석 수요를 대체할 수 있을 것으로 전망된다. 최근 물질의 전기 저항이 0이 되는 '완전 도체'의 특성과 주변 자기장을 밀쳐내는 '완전 반자성'의 특성을 동시에 가지는 초전도체에 대한 대중적 관심이 급증하면서 영구자석에 대한 관심도 커지는 추세다. 영구자석은 초전도체와 결합하면 마이스너 현상으로 공중부양도 가능하게 한다. 실제로 2015년 토요타 렉서스는 액체질소 냉각 초전도체와 영구자석을 이용해 공중부양하는 호버보드 시제품을 개발한 바 있다. 또, 전기차뿐만 아니라 태양광ž풍력 발전, 소비 전자 제품, 산업용 모터, 로봇 등 다양한 산업 분야에 적용된다. 디에이테크와 코리센은 지난 6월 한국재료연구원(KIMS)로부터 Mn-Bi 페라이트 자석 샘플을 전달받아 자체 제작에 돌입했다. 6월말 1차 초도 프로토타입 생산을 완료하고 성능 검증·개선을 위한 파일럿 테스트(pilot test. 예비 시험)를 진행중이다. 회사 관계자는 “영구자석은 전기차, 태양광, 전자제품, 로봇 등 다양한 산업에 적용이 가능해 확장성이 무궁무진하다”며 “디에이테크는 신소재 기반 비희토류계 영구자석 상용화에 속도를 낼 것”이라고 설명했다. kakim@fnnews.com 김경아 기자

"과열을 넘어 투기 수준인 이차전지 투자의 후유증도 이제는 조심스럽게 생각해 볼 때입니다." 올 하반기 가장 중요한 관전포인트로 꼽아야 할 경제이슈를 자본시장 업계 관계자들에게 묻자 가장 많이 돌아온 답변이다. 그도 그럴 것이 일부 이차전지 테마주들이 많게는 10배 이상의 고수익을 내면서 국내 장세는 쏠림장이 심화되는 형국이다. 에코프로비엠과 에코프로는 코스닥 시가총액 1, 2위를 기록하며 동학개미들의 열화와 같은 지지를 받고 있다. 그러나 일부 종목과 테마에 치우친 과열은 늘 부작용을 낳아 왔다. 과거 중국펀드, 브라질국채, '차·화·정' 중심의 자문형 랩 쏠림으로 인한 직간접 투자로 인한 폐해는 아무리 곱씹어도 아깝지 않다는 생각이다. 근래 운용사들의 이차전지 집중 투자 상장지수펀드(ETF)가 상장되면서 엄청난 자금이 유입되고, 이른바 이차전지발 시장왜곡 현상이 두드러지고 있다는 시장 전문가들의 지적이 잇따르고 있다. 이들 ETF가 투자하는 상위 10개 종목이 이차전지주 중에서도 에코프로, 포스코홀딩스, 에코프로비엠, 포스코퓨처엠 등으로 쏠리면서 기계적 기관 수급과 이로 인한 숏커버링 현상이 심화되고 다른 이차전지 및 코스닥 업종들의 양극화가 심화됐다는 지적이다. 한 시장 전문가는 "기관들이 상위 5개 종목 양극재 중심의 이차전지만 집중 매수하고 있다. '몰빵' 테마에 대한 우려가 커지고, 다른 이차전지 관련주들은 환매 매물에 시달리는 양극화가 심화되면서 증시 리스크 요인이 되고 있다"며 "통상 이차전지의 전기차 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등이 골고루 중요한 자리를 차지하는데 양극재 위주 기업에만 대형운용사가 집중 투자하는 것은 시장 변동성을 키우는 요인"이라고 진단했다. 운용사나 기관이 과거 몰빵펀드에 올인했던 사례를 비춰 볼 때 그 피해는 고스란히 개인투자자들 몫이었다. 지나치게 한쪽으로만 쏠려 향후 조정이나 급락 국면에 접어들 경우 그 피해는 누가 감당할 것인가. 이제라도 업계나 투자자들이 리스크 관리 차원에서 과도한 쏠림 투자에만 혈안이 돼서는 안 될 것이다. kakim@fnnews.com 김경아 증권부 차장