국내 연구진이 한번 충전에 더 많은 전기를 저장하고 오래 사용할 수 있는 리튬 금속전지에 들어갈 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다. 이 전해액으로 만든 리튬 금속전지는 200회 이상 충방전을 거듭해도 저장용량이 거의 줄지 않았다. 또한 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 전기용량 유지율을 보였다. 19일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 이번 기술개발은 KAIST 생명화학공학과 최남순 교수, UNIST 화학과 홍성유 교수, 서울대 화학생물공학부 이규태 교수, 고려대 화공생명공학과 곽상규 교수, 경상국립대 나노·신소재공학부 고분자공학전공 이태경 교수의 공동연구를 통한 결실이다. 리튬 이온전지는 음극에 흑연을 주로 사용한다면 리튬 금속전지는 리튬으로 만들어 용량을 10배 늘릴 수 있는 것으로 알려져 있다. 리튬 금속전지를 오랜시간 사용하기 위해선 전해액의 이온 전달 성능뿐만 아니라 전극 표면을 보호하는 것이 필수적이다. 전자를 주는 성질이 강한 리튬금속 음극과 전자를 빼앗으려는 고전압 양극에 접촉하고 있는 전해액이 분해되지 않도록 전극과 전해액 사이에 보호층을 형성시켜야 한다. 연구진은 전극·전해액 계면을 안정화하는 첨가제 기술과의 조합을 통해 리튬 금속전지의 고전압 수명 성능 및 고속 충전 특성을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 전해액의 주 용매는 기존에 보고되지 않은 용매를 새롭게 디자인하고 합성해 불이 붙을 가능성이 낮은 환형 설폰아마이드 계열 용매 'TFSPP'를 사용했다. 이 용매는 기존에 사용되는 용매보다 우수한 고전압 안정성을 가져 전지 내부 가스 발생을 억제할 수 있었다. 또한 두 가지 이온성 첨가제를 사용해 리튬 금속 음극에 형성된 보호층이 부피 변화를 견디도록 설계했다. 아울러 전자 방출 경향성이 높은 첨가제를 적용해 양극 표면에 보호층을 형성해 양극의 구조 안정성을 향상시켰다. 연구진은 이 고전압 용매가 전극을 보호하는 첨가제와 함께 시너지 효과를 이끌어 고전압 리튬 금속전지 성능을 끌어올렸다고 설명했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 한번 충전에 더 많은 전기를 저장하고 오래 사용할 수 있는 리튬 금속전지에 들어갈 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다. 이 전해액으로 만든 리튬 금속전지는 200회 이상 충방전을 거듭해도 저장용량이 거의 줄지 않았다. 또한 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 전기용량 유지율을 보였다. 19일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 이번 기술개발은 KAIST 생명화학공학과 최남순 교수, UNIST 화학과 홍성유 교수, 서울대 화학생물공학부 이규태 교수, 고려대 화공생명공학과 곽상규 교수, 경상국립대 나노·신소재공학부 고분자공학전공 이태경 교수의 공동연구를 통한 결실이다. 리튬 이온전지는 음극에 흑연을 주로 사용한다면 리튬 금속전지는 리튬으로 만들어 용량을 10배 늘릴 수 있는 것으로 알려져 있다. 리튬 금속전지를 오랜시간 사용하기 위해선 전해액의 이온 전달 성능뿐만 아니라 전극 표면을 보호하는 것이 필수적이다. 전자를 주는 성질이 강한 리튬금속 음극과 전자를 빼앗으려는 고전압 양극에 접촉하고 있는 전해액이 분해되지 않도록 전극과 전해액 사이에 보호층을 형성시켜야 한다. 연구진은 전극·전해액 계면을 안정화하는 첨가제 기술과의 조합을 통해 리튬 금속전지의 고전압 수명 성능 및 고속 충전 특성을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 전해액의 주 용매는 기존에 보고되지 않은 용매를 새롭게 디자인하고 합성해 불이 붙을 가능성이 낮은 환형 설폰아마이드 계열 용매 'TFSPP'를 사용했다. 이 용매는 기존에 사용되는 용매보다 우수한 고전압 안정성을 가져 전지 내부 가스 발생을 억제할 수 있었다. 또한 두 가지 이온성 첨가제를 사용해 리튬 금속 음극에 형성된 보호층이 부피 변화를 견디도록 설계했다. 아울러 전자 방출 경향성이 높은 첨가제를 적용해 양극 표면에 보호층을 형성해 양극의 구조 안정성을 향상시켰다. 연구진은 이 고전압 용매가 전극을 보호하는 첨가제와 함께 시너지 효과를 이끌어 고전압 리튬 금속전지 성능을 끌어올렸다고 설명했다. KAIST 생명화학공학과 김세훈 박사과정생은 "용매와 첨가제의 조합 기술을 통해 실용화가 가능한 리튬 금속전지용 용매 조성 프레임을 개발했다"며 "전지의 사용기간을 연장하는, 보다 안정적인 전극-전해액 계면층을 형성하는 새로운 전해액 조성 기술"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 기술을 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

롯데케미칼이 국내 최초로 자체기술개발을 통해 EMC(에틸 메틸 카보네이트), DEC(디 에틸 카보네이트) 생산을 추진한다고 29일 밝혔다. 이를 통해 전기자동차에 들어가는 리튬이온 배터리 소재인 전해액 유기용매의 핵심 소재 4종을 모두 생산할 계획이다. 지난해 5월 대산공장 내 약 2100억원을 들여 국내 최초 배터리용 전해액 유기용매 제품인 EC(에틸렌 카보네이트)와 DMC(디메틸 카보네이트) 공장 건설을 발표한 뒤 추가로 약 1400억원을 투입해 EMC, DEC까지 생산 확대를 추진하게 되는 것이다. 롯데케미칼이 생산하게 되는 소재 4종은 리튬이온 배터리의 4대 구성요소 중 하나인 전해액에 투입되는 대표적인 유기용매로, 전해액 원가 비중의 약 30% 정도를 차지한다. 급증하는 전기차 수요에 맞물려 높은 성장성이 기대되나 전량 수입에 의존하고 있는 소재로, 롯데케미칼은 이번 투자를 통해 사업경쟁력 강화는 물론 소재의 국산화에도 일조한다는 방침이다. 전지소재사업단장인 이영준 대표는 "적극적인 배터리 소재 기술 개발 및 그룹 내 계열사와의 관련 사업 협력 등을 통해 리튬이온 배터리용 소재확대에 노력할 것"이라고 말했다. solidkjy@fnnews.com 구자윤 기자

롯데케미칼이 국내 최초로 자체기술개발을 통해 EMC(에틸 메틸 카보네이트), DEC(디 에틸 카보네이트) 생산을 추진한다고 29일 밝혔다. 이를 통해 전기자동차에 들어가는 리튬이온 배터리 소재인 전해액 유기용매의 핵심 소재 4종을 모두 생산할 계획이다.  지난해 5월 대산공장 내 약 2100억원을 들여 국내 최초 배터리용 전해액 유기용매 제품인 EC(에틸렌 카보네이트)와 DMC(디메틸 카보네이트) 공장 건설을 발표한 뒤 추가로 약 1400억원을 투입해 EMC, DEC까지 생산 확대를 추진하게 되는 것이다.  롯데케미칼이 생산하게 되는 소재 4종은 리튬이온 배터리의 4대 구성요소 중 하나인 전해액에 투입되는 대표적인 유기용매로, 전해액 원가 비중의 약 30% 정도를 차지한다. 급증하는 전기차 수요에 맞물려 높은 성장성이 기대되나 전량 수입에 의존하고 있는 소재로, 롯데케미칼은 이번 투자를 통해 사업경쟁력 강화는 물론 소재의 국산화에도 일조한다는 방침이다.  전지소재사업단장인 이영준 대표는 “적극적인 배터리 소재 기술 개발 및 그룹 내 계열사와의 관련 사업 협력 등을 통해 리튬이온 배터리용 소재확대에 노력할 것”이라며 ”국내 소재 산업의 경쟁력 강화를 위한 기술개발 및 국산화로 글로벌 소부장 강국으로 가는데 일조할 것”이라고 말했다. 롯데케미칼은 핵심 원료(HPEO, CO2) 자체 생산 설비 구축을 포함한 전해액 유기용매 사업 추진으로 고객사에 안정적인 제품 공급은 물론 경쟁력 있는 사업 구조를 갖추게 된다. 또한 대산공장에 건설중인 CO2(이산화탄소) 포집 설비를 통해 포집된 CO2를 고순도 EC와 DMC의 원료로 투입해 기후위기 대응·탄소중립 실현을 위한 방안으로도 활용한다.  solidkjy@fnnews.com 구자윤 기자

롯데케미칼은 글로벌 석유화학업체인 사솔의 화학 부문인 사솔케미칼과 전기차용 배터리 소재인 전해액 유기용매 해외 공장 건설을 위한 예비타당성 업무협약(MOU)을 맺었다고 20일 밝혔다. 국내 최초의 전해액 유기용매 공장을 대산에 건설 중인 롯데케미칼은 사솔케미칼과 파트너십을 통해 급성장 중인 미국·유럽으로의 글로벌 공급 능력 확대를 모색한다. 양사는 사솔의 미국 루이지애나주 레이크찰스 지역, 독일 말 지역 부지에서의 사업 추진 검토를 진행한다. 해당 공장의 주원료는 사솔이 공급하고 롯데케미칼에서 자체 개발한 에틸메틸카보네이트(EMC)·디에틸카보네이트(DEC) 기술을 채택해 적용할 계획이다. 롯데케미칼 전지소재사업 이영준 단장은 "배터리 수요의 증가는 배터리를 구성하는 4대 핵심 소재들의 비약적인 수요 성장을 동시에 견인하고 있다"며 "롯데케미칼은 배터리용 소재 사업을 속도감 있게 확대해 글로벌 소재 시장을 양적, 질적으로 선도할 것"이라고 말했다. 사솔케미칼 전략 개발 및 최적화 담당 셸리 그라만 부사장은 "레이크찰스 부지와 원료 제공을 통해 리튬 이온 배터리 시장에 핵심 재료를 제공하는 설비로 발전시켜 나갈 것"이라며 "재생 에너지 사용과 같은 탄소 발생을 최소화하기 위한 옵션들을 고려하는 등 두 회사의 지속가능 전략에 부합하는 솔루션 도출을 위해 노력할 것"이라고 밝혔다. solidkjy@fnnews.com 구자윤 기자

롯데케미칼은 글로벌 석유화학업체인 사솔의 화학 부문인 사솔케미칼과 전기차용 배터리 소재인 전해액 유기용매 해외 공장 건설을 위한 예비타당성 업무협약(MOU)을 맺었다고 20일 밝혔다. 국내 최초의 전해액 유기용매 공장을 대산에 건설 중인 롯데케미칼은 사솔케미칼과 파트너십을 통해 급성장 중인 미국·유럽으로의 글로벌 공급 능력 확대를 모색한다. 양사는 사솔의 미국 루이지애나주 레이크찰스 지역, 독일 말 지역 부지에서의 사업 추진 검토를 진행한다. 해당 공장의 주원료는 사솔이 공급하고 롯데케미칼에서 자체 개발한 에틸메틸카보네이트(EMC)·디에틸카보네이트(DEC) 기술을 채택해 적용할 계획이다. 롯데케미칼 전지소재사업 이영준 단장은 “배터리 수요의 증가는 배터리를 구성하는 4대 핵심 소재들의 비약적인 수요 성장을 동시에 견인하고 있다”며 “롯데케미칼은 배터리용 소재 사업을 속도감 있게 확대해 글로벌 소재 시장을 양적, 질적으로 선도할 것”이라고 말했다.  사솔케미칼 전략 개발 및 최적화 담당 셸리 그라만 부사장은 “레이크찰스 부지와 원료 제공을 통해 리튬 이온 배터리 시장에 핵심 재료를 제공하는 설비로 발전시켜 나갈 것”이라며 “재생 에너지 사용과 같은 탄소 발생을 최소화하기 위한 옵션들을 고려하는 등 두 회사의 지속가능 전략에 부합하는 솔루션 도출을 위해 노력할 것”이라고 밝혔다.  solidkjy@fnnews.com 구자윤 기자

[파이낸셜뉴스] 롯데케미칼이 2100억원을 투입해 전기차 배터리용 전해액에 투입되는 유기용매 국산화에 나선다. 유기용매는 전해액 원가 비중의 약 30% 비중을 차지하는 주요 원료이지만 전량 수입에 의존하고 있다. 롯데케미칼은 20일 열린 이사회에서 이 같은 내용의 투자 계획을 결의했다. 총 2100억원을 투자해 오는 2023년 하반기까지 '에틸렌 카보네이트(EC)'와 '디메틸 카보네이트(DMC)' 생산시설을 대산 공장에 건설키로 했다.  EC와 DMC는 리튬이온 배터리의 4대 구성요소 중 하나인 전해액에 투입되는 대표적인 유기용매다. 양극과 음극 간 리튬이온(Li+)의 이동을 가능하게 하는 리튬염의 용해를 도와 리튬이 원활히 이동할 수 있도록 해준다. 산화에틸렌(EO)을 원료로 제조된 EC를 투입해 DMC를 만들어낸다.  최근 전기차 수요 증가에 따른 배터리 산업의 지속적인 성장이 예상됨에 따라 롯데케미칼은 고기능·배터리 소재 분야 진출을 다각도로 검토 중이다. 롯데케미칼은 이번 투자를 통해 기존에 보유한 고순도 산화에틸렌(HPEO) 설비를 기반으로 향후 높은 수요가 기대되는 전해액 유기용매 사업에 나설 예정이다. 유기용매는 전해액 원가 비중의 약 30% 정도를 차지하여 높은 성장성이 기대되나 전량 수입에 의존하고 있는 소재다. 전해액 소재 관련 기술 개발을 지속 추진해온 롯데케미칼은 이번 투자를 통해 사업경쟁력 강화는 물론 소재의 국산화에 일조한다는 방침이다.  eco@fnnews.com 안태호 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 같은 재료를 가지고도 용매에 따라 소재의 성질이나 구조가 달라진다는 사실을 밝혀냈다. UNIST 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀은 고분자와 나노입자를 혼합하는 '용액 혼합 방식'에서 '용매'가 재료의 최종 구조와 특성에 중요하게 작용한다고 30일 발표했다. 용액 혼합 방식은 고분자와 나노입자를 용매에 녹여 혼합한 뒤 용매를 증발시켜 복합재료를 얻는 기법인데, 어떤 용매를 사용하는지에 따라 최종 물질의 특성이 달라진다는 이야기다. 김소연 교수팀은 고분자와 나노입자의 서로 맞닿는 경계면에 영향을 주는 요소로 '용매'에 주목했다. 용매는 반응 후 제거되므로, 물질계가 반응 전후에 평형을 이루면 어떤 용매를 쓰든 같은 성질의 복합체가 만들어져야 한다. 그런데 실제로는 복합체를 만드는 복잡한 과정으로 인해 반응 전후에 평형을 이루지 못한다. 용매에 의한 '비평형 효과'가 나타나는 것이다. 연구팀은 '똑같은 고분자와 나노입자'로 복합체를 만들면서 '서로 다른 용매'인 물과 에탄올을 이용해, 각 용매가 경계면 두께에 미치는 효과를 규명했다. 측정결과 에탄올을 용매로 사용했을 경우 나노 입자에 달라붙어 경계면 층을 이루는 고분자의 비율이 약 2배 더 높게 나타났으며, 경계면층의 두께도 1nm 더 두꺼웠다. 1nm에 불과한 경계면의 두께 차이는 전체 복합체의 특성에 영향을 주기에 충분했다. 충분한 양의 나노입자와 짧은 사슬 길이를 갖는 고분자를 이용해 에탄올 용매에서 복합체를 만든 경우, 물에서 만든 나노복합체보다 액체에 가까운 성질을 보였다. 경계면층에 두텁게 붙은 고분자들의 서로간 반발력(입체반발력)에 의해서 전체 입자들이 골고루 퍼지는 현상이 생기기 때문이다. 물에서 제조된 복합체의 경우 전체 입자들이 퍼짐이 불규칙해 유리처럼 딱딱한 성질이 더 강했다. 하지만 고분자 사슬이 너무 길면 고분자 사슬간 엉킴으로 인한 나노입자의 뭉침이 심해져 오히려 경계면층이 두꺼운 나노복합체가 더 단단해지는 현상이 나타났다. 김소연 교수는 "똑같은 양의 동일 재료를 이용하더라도 초기 용매에 따라 판이한 상태의 고분자 나노복합체가 제작될 수 있다"며 "이번 발견은 고분자 나노 복합소재를 설계할 때 각 요소의 특성과 더불어 '비평형 효과'도 고려해야 함을 보여준다"고 설명했다. 이 연구결과는 물리학 분야에서 세계적으로 저명한 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스' 17일자에 게재됐다. 연구 수행은 UNIST-PAL 빔라인과 한국연구재단의 지원을 받아서 진행됐으며, 연구에는 신태주 자연과학부 교수도 참여했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

글로벌 과학기술 기업 머크가 친환경 양극성 비양성자성 용매인 키레네(Cyrene)를 출시했다고 25일 밝혔다. 키레네는 재사용이 가능한 셀룰로스 원료를 사용해 2단계에 걸쳐 생산된다. 머크는 이 용매가 기존 유기 용매인 디메틸포름아마이드(DMF)와 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 대체할 것으로 기대하고 있다. 머크 생명과학 사업부 연구 솔루션 대표 클라우스 비숍은 “머크는 인간과 자연에 미치는 부작용을 최소화하는 녹색화학(green chemistry)에 주안점을 두며 당면한 환경 문제 해결에 도움을 주는 혁신 솔루션을 과학자들에게 제공하고 있다”면서 “친환경 대체 제품인 키레네™ 용매를 통해 고객사는 실적 저하 없이도 공정 안전성을 높이고 연구나 제조의 환경 영향을 줄일 수 있다”고 말했다. 한편 머크 생명과학 사업부는 지난 1991년 폴 아나스타스와 존 워너가 기반을 놓은 녹색화학의 12가지 원칙을 연구개발(R&D) 활동에 적용하고 있다. DMF와 NMP은 유럽연합(EU)의 화학물질 등록 및 평가 규정인 리치(REACH)에 따라 고위험성 물질로 분류돼 강화된 규제가 적용되고 있다. 최근에는 EU 집행위원회에서 NMP를 '물질사용 및 시장출시 제한조건'에 해당하는 규제 물질로 추가했다. 또 오는 2020년 5월부터는 제품에 함유된 NMP의 농도가 0.3%를 초과하는 소비재는 EU 전역에서 사용이 금지된다.  키레네 용매는 머크가 영국 요크대학교 녹색화학 연구소(GCCE)와 써카 그룹(Circa Group)과 파트너십을 통해 개발했다. GCCE에서는 녹색화학에 대한 전문성을 이용해 키레네 용매의 응용 연구를 진행했다. GCCE 소장을 맡고 있는 제임스 클라크 요크대 교수는 “이 용매는 현재 그래핀 제조에 사용되는 용매보다 성능이 우수해 기존 용매보다 효과가 뛰어난 친환경 옵션을 제공한다”고 평가했다. 또 머크는 의약화학 등 유기 합성에서 많이 이용되는 결합 반응인 소노가시라 크로스커플링에 키레네 용매를 대체 물질로 사용하는 방안을 영국 세인트 앤드류스대학교 앨런 왓슨 교수팀과 함께 연구했다. 왓슨 교수는 “환경에는 더 안전하면서 품질에는 영향을 주지 않는 대체 물질을 찾는 게 중요했다. 우리는 연구를 통해 키레네 용매가 DMF나 다른 양극성 비양성자성 용매와 물리적 성질이 유사하면서 의약화학에서 화학 합성을 더욱 친환경적인 방법으로 수행할 수 있다는 것을 발견했다”고 말했다. 키레네 용매는 또한 신약 개발에 사용되는 기본 화학 반응인 아미드 결합에서 DMF를 대체했고 안전하고 친환경적인 성능에 기반해 '2017 유럽 바이오 기반 이노베이션 어워드'에서 올해의 바이오 기반 화학 혁신상을 받았다. 키레네 용매는 전세계 시장에서 이용 가능하다.   juyong@fnnews.com 송주용 기자

[파이낸셜뉴스] 병뚜껑을 못 딸 정도로 손에 힘이 안 들어가고, 일상생활에서 쉽게 할 수 있던 행동이 어려워졌다면 루게릭병을 의심해 볼 수 있다. 수원나누리병원 뇌신경센터 신경과 전문의 김지현 과장은 “루게릭병은 근력 저하와 함께 근육이 위축되고 떨리며, 발음이 어눌해지는 증상이 나타나는데, 이를 디스크나 뇌졸중으로 오인하는 경우가 있"며 "정확한 진단을 위해서는 근골격계 질환과 뇌신경계 질환의 협진이 필요하기 때문에 정형외과, 신경외과, 신경과 전문의가 있는 의료기관에서 진료를 봐야 한다”고 말했다. 운동신경세포만 선택적으로 소멸되는 질환인 루게릭병의 정식 명칭은 ‘근위축성 측색 경화증’으로 대뇌의 위운동신경세포와 뇌줄기 및 척수의 아래운동신경세포가 시간이 지날수록 점점 사라지는 희귀난치성 질환이다. 1930년대 미국 유명 야구선수 ‘루 게릭’이 이 질환에 걸려 ‘루게릭병’으로 많이 알려졌으며 영국의 유명 물리학자 스티븐 호킹 박사가 앓았던 질환으로 유명하다. 루게릭병 발병률은 우리나라 10만 명당 1.2만 명, 유병률은 10만 명당 3.43명이다. 현재 치료제 개발을 위해 많은 임상시험이 이루어지고 있지만, 생존기간은 평균 약 50개월로 알려져 있다. 주로 사지에 힘이 빠지는 증상을 느끼게 되고 시간이 지나면서 점차 악화되며, 한 부위에서 시작되던 증상이 다른 부위로 점차 퍼져나가는 양상을 보인다. 몸 전체에 힘이 들어가지 않아 거동이 불편해지며 발음이 어눌해지고 소통이 어려워진다. 더 나아가서는 삼킴 기능이 약해져 사레들림이 잦아지면서 흡인성 폐렴의 위험도가 올라가고, 호흡근의 약화로 자가 호흡이 어려워지는 등 다양한 증상이 나타난다. 루게릭병에 대한 발병 원인은 아직 명확하게 알려져 있지는 않으나 노화, 유전적 요인(가족력), 환경적 요인(신경 독성을 가진 중금속, 세척 용매 세척제, 농약, 외상 뇌 손상 등), 여러 가지 병리학적 기전이 복합적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 실제 환자의 5~10% 정도가 가족력이 있고 대다수의 경우 가족력이 없는 산발형인 경우가 많다. 루게릭병이 의심돼 의료기관을 찾게 되면 가장 먼저 전문의를 만나 병력 청취를 통해 위운동신경세포의 징후와 아래운동신경세포의 징후를 확인하고 병의 진행 여부를 파악한다. 실제 진찰이나 증상으로 나타나지 않는 아래운동신경세포 이상 징후 체크를 위해 근전도 검사를 실시한다. 그 외에도 비슷한 질환을 배제하기 위해 뇌척수액 검사, 뇌/척추 MRI 검사, 혈액검사, 암 검사 등 추가적인 검사를 진행해 진단한다. camila@fnnews.com 강규민 기자