【베이징=차상근특파원】 중국이 국제해저관리국으로부터(ISA)로부터 인도양 해저의 광물 1만㎢ 탐사 및 채굴권을 획득했다고 신화통신이 중국대양광물연구개발협회(대양협회)를 인용, 3일 보도했다. 중국이 ISA로부터 받은 권리는 인도양 서남부 공해상의 1만㎢ 해역 해저에서 다금속 황화물(polymetallic sulfides)을 독점 탐사할 수 있는 권리다. 탐사권을 우선 확보함으로써 중국은 향후 해당 해저에서 발견되는 다금속 황화물을 먼저 채굴할 수 있는 권리를 갖게 됐다. 국제해저 다금속 황화물은 해저의 고온작용으로 금, 은, 동, 아연, 납 등 3가지 이상의 금속이 녹아 형성된 물질로 잠재적 경제 가치가 매우 크며 개발전망이 밝다. ISA가 작년 5월 다금속 황화물에 대한 규정을 제정한 뒤 독점 탐사권을 특정국가에 부여한 것은 이번이 처음이다. 중국은 최근 유인 잠수정 자오룽(蛟龍)호가 5000m 심해 잠수에 성공하는 등 해저 자원 개발을 위한 핵심 기술을 보유하고 있다는 평가를 받고 있다. 이에 앞서 중국은 지난 2001년 ISA로부터 동태평양의 7만5000㎢ 구역에서 다금속 단괴(polymetallic nodules)를 탐사할 수 있는 권리를 획득한 바 있다. 중국 국가해양국 부국장 겸 대양협회 이사장 왕페이(王飛)는 “해저자원은 인류의 공동 자산”이라며 “중국의 탐사 활동은 해저 자원에 대한 과학적 지식의 지평을 넓히고 해저 환경 보호에도 도움이 될 것”이라고 밝혔다. /csky@fnnews.com

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI)은 국내 공동연구진이 기존 리튬이온전지보다 전기 저장용량을 5배 늘린 전고체전지용 음극재를 개발했다고 21일 밝혔다. 이 음극재는 다른 연구자들이 개발하고 있는 리튬금속 대신 주석과 철을 혼합해 만들었다. 연구진은 이 음극재와 니켈·코발트·망간으로 만든 양극, 황화물 고체전해질로 이뤄진 전고체전지 완전셀을 제작해 테스트했다. 그결과 면적당 용량이 기존 리튬이온전지 대비 5배 높은 15.54㎃h/㎠를 기록했다. 또한 20C 전류밀도로 3분, 10C 전류밀도로 6분 등 급속 충·방전을 1000번 이상 진행했음에도 70~80% 이상 저장용량을 유지했다. 이와함께 전고체전지 음극을 시제품에 가까운 '파우치 셀' 형태로도 만들어 성능을 평가한 결과, 255Wh/㎏ 이상의 높은 에너지밀도를 가지고 있었다. 일반 상용 리튬이온전지는 보통 200~300Wh/㎏ 범위의 에너지 밀도를 갖는다. 전기연구원 하윤철 차세대전지연구센터장은 "이번 음극재 개발은 기존 리튬금속과 실리콘에 치우쳤던 전고체전지 음극재 연구분야의 관행에서 벗어나, 주석 기반 합금계 음극재의 큰 잠재력을 입증한 것"이라고 말했다. 또 국립금오공대 박철민 교수는 "한계를 뛰어넘는 안정적인 고성능 음극재 개발을 통해 불타지 않는 전고체전지 상용화에 기여할 것"이라고 덧붙였다. 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 '전해질'을 기존 가연성의 액체에서 화재나 폭발의 위험성이 낮은 고체로 대체했다. 하지만, 전고체전지는 '고체' 키워드 특성상 충·방전 과정에서의 안정성 확보 등 기술력이 훨씬 요구된다. 특히 음극은 전지의 충전 속도와 수명에 큰 영향을 미치는 만큼, 어떤 소재로 이뤄지느냐가 매우 중요하다. 연구진은 기계적 특성 분석을 통해 주석에 철을 섞은 화합물이 반복적인 충·방전에도 재결합 반응으로 입자가 작아지는 특성이 있다는 것을 알아냈다. 이를 통해 전고체전지에서 내부 고체 입자들 간 접촉을 장기간 밀접하게 유지하고, 치밀·균일한 전극을 형성한다는 것을 확인했다. 연구진은 "외부 자극이 가해지는 환경에서도 높은 탄성과 변형 에너지를 가지고 있어 균열 없이 전기화학적 안정성도 좋다"고 설명했다. 한편, 전기연구원과 국립금오공대, 인하대 연구팀이 참여해 개발한 이 음극재는 국제 학술지 '줄(Joule)'에 발표했다. 또 이 학술지에서 연구결과의 우수성을 인정해 10월호 표지논문으로 선정됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 중국 동부 산둥성의 사료 공장에서 가스 중독 사고로 7명이 죽고 4명이 다쳤다. 13일 중국 산둥성 서우광시 응급관리국과 현지 매체 홍성신문 등에 따르면 전날 오후 1시 30분(현지시간)께 웨이팡진스생물과학기술유한회사의 발효 작업 중 밀폐된 공간에서 황화수소 기체가 발생했다. 이후 공간 안으로 사람이 들어가 숨진 것으로 알려졌다. 황화수소는 수소의 황화물로 악취를 가진 무색의 유독한 기체로 알려져 있다. 공기보다 무거워 환기가 잘 되지 않는 공간의 아랫부분에 축적된다. 처음에는 톡 쏘는 듯한 느낌이 들지만 곧 코가 마비되어 대처하기 어렵다. 신경계에 영향을 미치며, 고농도의 황화수소에 노출되면 호흡 정지가 발생할 수 있다. 저농도라도 눈의 자극, 인후염, 구토, 호흡 곤란 등을 일으킨다. 서우광시 당국은 부상자의 경우 생명에 지장이 없으며 사고 책임자를 체포해 사고 원인을 조사 중이라고 밝혔다. 2020년 설립된 이 업체는 옥수수 섬유와 단백질 분말과, 단백질 사료, 사료 첨가물 등을 가공·판매한다. 중국 중앙정부 응급관리부는 같은 날 오후 공지에서 산둥성에 조사·처리 단계 격상과 사고 원인 철저 조사, 책임 규명을 요구했다. jjw@fnnews.com 정지우 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] 한국에너지기술연구원 에너지저장연구단 장보윤 박사팀이 리튬이온 전지보다 높은 용량의 전고체 전지를 개발했다. 또한 이 전고체 전지는 구부리거나 잘라도 화재나 폭발위험 없이 안정적으로 작동한다. 연구진은 이 전고체 전지가 불이 나지 않는 상온 구동형 전기 자동차용 배터리나 신재생에너지 연계를 위한 대용량 에너지 저장 시스템(ESS), 안정성이 필수적인 인체 적용 배터리로 활용할 수 있다고 설명했다. 21일 에너지기술연구원에 따르면, 연구진은 이 전고체 전지를 에이에스이티㈜에 1차 기술이전을 완료했다. 에이에스이티㈜ 측은 전기자동차용 전고체 전지의 2026년 상용화를 목표로 하고 있다. 현재 이차전지 시장에서 전고체 전지 기술 개발은 황화물 기반으로 이뤄지고 있다. 황화물 기반의 전고체 전지는 악취를 가진 무색 유독 기체인 황화수소 발생 가능성이 있다. 반면 산화물 기반의 고체 전해질은 얇게 만들기 어렵고 깨지기 쉬운 단점이 있다. 또한 고분자 함량이 높아 60도 이상의 높은 작동 온도가 필요하다. 연구진이 산화물 기반의 고체전해질의 단점을 극복하기 위해 샌드위치 3층 구조로 만들었다. 고이온전도성 고분자층을 위아래에 놓고 갈륨이 섞인 복합산화물을 가운데 배치했다. 이를 통해 60도 이상의 고온이 아니어도 안정적으로 작동하는 전고체 전지를 만들 수 있었다. 또 기존 리튬전지의 에너지 밀도가 300Wh/㎏인데 반해 새로 개발한 전고체전지는 310Wh/㎏까지 높은 성능을 보인다. 복합 고체 전해질은 국내 최초로 기존 산화물계 고체전해질의 함량 한계인 30%를 80%까지 높여 이온전도성과 안정성을 대폭 끌어올렸다. 연구진은 "샌드위치 구조를 통해 양극과 음극이 맞닿은 부분의 저항은 획기적으로 줄이고, 고함량의 고체 전해질은 이온전도성을 10배 이상 향상시켰다"고 설명했다. 또 고분자를 바인더로 활용해 소재간 결착력과 안정성을 강화함에 따라 얇게 만들기 어렵다는 단점을 극복해 롤투롤 공정으로도 제작할 수 있다. 실제 파일럿 스케일 규모의 공정을 확보해, 롤투롤 고정으로 수십m 단위의 연속 공정으로 복합 전해질을 만드는데 성공했다. 한편, 이번 전고체 전지 개발은 캐나다 국책연구소인 NRC와의 2년간의 국제 공동연구를 통한 결과다. 캐나다의 핵심 광물을 활용한 전고체 전지 기술의 국제협력을 강화해 연구원의 역량 강화는 물론 이를 통해 북미 시장 진출의 중요한 발판이 마련될 것으로 기대하고 있다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱·정성균 교수팀과 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수팀은 망간이나 코발트로 나트륨 이차전지의 고체전해질을 개발했다. 26일 연구진에 따르면, 망간이 들어간 고체전해질을 전고체 나트륨 전지에 적용해 30도에서 80번 이상 충방전을 해도 95.1%의 성능을 유지했다. 또한 이온전도도가 910mS/㎝를 기록해 전기를 잘 전달할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 이는 지금까지 연구개발에 쓰였던 황화물이나 산화물, 할라이드계 금속을 쓰지 않고도 프러시안 계열의 친환경적 금속 사용이 가능하다는 것을 보여주고 있다. 제 1저자인 UNIST 안상혁 연구원은 "기존 고체 전해질의 비싼 가격과 환경 문제에 대한 고질적 문제를 해결할 수 있었다"며 "앞으로 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다. 황화물과 산화물, 할라이드계 금속을 사용하면 유해가스나 나오거나 고온으로 제작해야 하는 문제점이 있다. 또한 대부분의 재료값이 비싸다. 반면 18세기부터 청색 염료 물질 쓰이는 친환경 물질 '프러시안계 물질(PBAs)'은 이온이 이동할 수 있는 넓은 이온 전도 채널을 가지며 쉽게 합성 가능하다. 구조적으로 안정하고 값 또한 싸다. 이런 장점과 더불어 전이 금속에 따라 그 특성까지 달라져 많은 주목을 받고 있다. 연구진은 프러시안계 물질(PBAs)을 주목했다. 프러시안계 물질의 고유 특성이 이온 전도도를 높일 수 있다고 판단했다. 전이 금속의 종류를 변경하면서 이온 전도의 변화 추이를 관찰한 결과, 전이 금속의 크기에 따라 이온 채널의 크기가 달라지는 것을 알아냈다. 큰 이온 채널을 가진 물질은 높은 이온 전도성을 보이는 것이다. 이를 통해 연구진은 프러시안계 물질 중 망간으로 전고체 나트륨 이차전지에 들어갈 고체전해질을 만들었다. 이 이차전지는 상온에서도 0.1mS/㎝ 급의 나트륨 이온전도도를 보였다. 즉 가능성을 입증한 것이다. 제 1저자 김태원 연구원은 "친환경 물질인 프러시안 블루계 물질을 고체 전해질로 적용했다"며 "앞으로 고체 전해질의 새로운 시각을 제시한 연구"라고 말했다. 또한 이현욱 교수는 "기존 황화물, 산화물, 할라이드계 고체전해질에 제한된 연구분야가 새로운 소재 발견으로 가능성이 확대되기 바란다"고 말했다. 한편, 연구진은 이번 연구 결과를 에너지·재료 분야 국제학술지 '앙게반떼 케미(Angewandte Chemie international edition)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한화솔루션이 미국 전고체 배터리 소재 스타트업 '앰프세라' 지분을 일부 확보했다. 20일 관련 업계에 따르면 한화솔루션은 최근 공시한 사업보고서에서 앰프세라 지분율이 9.73%라고 밝혔다. 앰프세라는 미국 애리조나주에 거점을 두고 있으며 전고체 배터리에 쓰이는 황화물 기반 고체 전해질 재료 등을 생산하는 업체다. 전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 차세대 배터리다. 한화솔루션은 지난해 12월 앰프세라가 전고체 배터리 소재 생산 확대를 위해 유치한 1500만달러(약 196억원) 규모 시리즈A 투자에 참여한 바 있다. kjh0109@fnnews.com 권준호 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 경기도는 최근 3년간 경기 바다와 갯벌의 오염도를 조사한 결과 바다 수질은 2등급 이상이며, 갯벌의 유기물과 중금속 오염도는 양호한 상태라고 20일 밝혔다. 경기도해양수산자원연구소는 도내 해역의 수질과 갯벌 유기물 오염 평가를 위해 화성, 안산, 시흥 바다와 갯벌 10곳에서 수질평가지수(Water Quality Index)와 부영양화 정화지수(CIET) 등을 분석했다. 수질평가지수는 용존산소농도, 식물성 플랑크톤 농도, 투명도, 질소, 인 등 5가지 항목을 바탕으로 수질을 1~5등급으로 나누어 평가한다. 또 갯벌의 오염 여부를 판단하기 위한 부영양화 정화지수는 3가지 항목(강열감량, 화학적산소요구량, 산휘발성황화물)을 분석한다. 조사 결과를 보면 최근 3년간 실시한 488건의 수질 조사 결과 2등급이 81% 이상으로 나타났다. 2등급은 외부 오염물질이 거의 들어오지 않는 건강한 상태를 의미한다고 해양수산자원연구소는 설명했다. 늦여름에서 가을철 일부 해역에서 나쁨과 매우 나쁨인 4~5등급이 각각 11건, 1건 나타나기도 했으나 이는 얕은 수심의 만 형태인 해양구조 탓으로 식물플랑크톤의 일시적 증가가 원인으로 밝혀졌다. 이와 더불어 갯벌 유기물 오염도는 90건 중 1건만 부영양화 상태로 매우 양호했으며 중금도 오염도 없거나 미미한 수준이다. 이번 조사 결과는 추가적인 연구를 통해 해양환경관리 정책 수립에 기초자료로 활용할 예정이다. 김봉현 경기도해양수산자원연구소장은 “연구소는 정기적인 수질·퇴적물 조사를 통해 관내 어장환경 자료를 과학적이고 체계적으로 구축하고 있다”면서 “이를 바탕으로 바다 오염도뿐만 아니라 수산물 생산성 향상을 위해 노력하겠다”고 말했다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스]   지난달 말부터 경남 창원시 마산만 인근에서 대규모로 발생한 정어리 집단 폐사의 원인은 ‘산소부족으로 인한 질식사’로 드러났다. 해양수산부 국립수산과학원(수과원)은 집단폐사 원인 규명을 위해 지난 2일부터 7일까지 현장조사, 생물 분석, 해양환경, 적조 및 수산자원 변동 등의 항목을 살펴본 결과 이같이 결론을 내렸다고 18일 밝혔다. 마산만 일대에서 그동안 수거된 폐사체는 14∼16㎝의 정어리가 대부분이었고, 멸치와 돔류 등이 극히 일부 섞여 있었다. 또 입을 벌리고 폐사한 개체가 다수 발견됐다. 이는 산소 부족으로 폐사할 때 나타나는 특이 증상에 해당한다. 정어리떼 대량 폐사가 발생한 마산합포구 해양누리공원, 진동만 북부해역에서는 현장조사 당시 산소부족 물덩어리(빈산소수괴)가 수심 4ｍ층부터 바닥층까지 관측됐다. 빈산소수괴는 바닷물에 녹아있는 산소농도 3㎎/L 이하인 물덩어리로, 어패류의 호흡활동을 방해한다. 수과원은 생물분석에서 정어리의 대량폐사를 일으킬 수 있는 병원체는 검출되지 않았다고 설명했다. 해양환경 조사 결과, 유해적조 생물은 발견되지 않았으며, 해수 중 미량금속 농도 등도 양호했다. 또 해저퇴적물 내 유기물, 황화물 등 오염도는 비교적 높았으나 어류의 집단폐사를 일으킬 수준은 아니었다고 수과원은 설명했다. 해수유동 예측시스템을 활용한 부유폐사체의 이동을 역추적한 결과, 폐사체는 만 안쪽에서 발생했고, 만 바깥쪽에서 유입 가능성은 낮은 것으로 조사됐다. 이에 수과원은 정어리 폐사가 발생한 해역에서 △산소 부족물덩어리가 발생한 점 △산소 부족으로 폐사할 때 특이증상인 입을 벌린 폐사체가 다수 발견된 점 △집단 폐사를 일으킬만한 전염병원체나유해적조생물 및 유해물질 등이 검출되지 않은 점 등을 종합해, 이번 정어리 집단폐사는 '산소 부족에 의한 폐사'로 결론지었다. 대학교수 및 연구원으로 구성된 민간자문단에서도 같은 의견을 제시했다고 수과원은 밝혔다. 우동식 수과원 원장은 “수산생물의 대량 폐사를 유발할 수 있는 환경을 파악하기 위한 어장환경 모니터링을 강화하겠다”고 말했다. 한편 마산만에서는 지난달 30일부터 집단 폐사한 정어리떼가 발견됐다. 창원시에서 수거한 정어리 폐사체는 이날까지 200톤을 넘긴 것으로 집계됐다. sanghoon3197@fnnews.com 박상훈 수습기자

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 유종성 교수팀이 리튬이온 배터리보다 용량이 6배 큰 리튬-황 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다. 황으로 만든 양극과 분리막 사이에 중간층을 이산화규소에 황을 첨가해 내구성을 높였다. 이 배터리는 충전과 방전을 700회 이상 반복해도 성능이 떨어지지 않았다. 또한 양극 면적당 황 함유량을 더 많게 할 수 있어 배터리 용량이 더 커질 수 있었다. 리튬-황 배터리는 재료비용을 낮출 수 있으며, 향후 개발되면 전기차나 드론 같은 고에너지가 필요한 장치에 활용될 것으로 보인다. 유종성 교수는 "지금까지 시도하지 않았던 이산화규소(다공성 실리카)의 작은 구멍에 황을 담아 용량과 수명 향상을 위한 리튬-황 배터리용 중간층 소재로 이용 할 수 있음을 최초로 밝혀냈다"며, "차세대 고에너지, 장수명 리튬-황 배터리 개발에 대한 새 이정표를 제공 한 것"이라고 말했다. 리튬-황 배터리는 용량이 크지만 리튬과 반응하면서 전기를 만들어내는 활물질인 '황'의 전도율이 낮다. 또 배터리를 사용할때 만들어지는 다황화물이 배터리의 음극 쪽으로 확산되면서 황 활물질의 손실이 발생해 전지의 용량과 수명이 크게 악화된다는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 황 전극과 분리막 사이에 중간층을 적용해 봤지만 아직까지 두 문제를 모두 해결하는 중간층은 나오지 않았다. 연구진은 판상형 다공성 실리카에 황을 첨가해 새로운 중간층을 만들었다. 이를 적용한 배터리는 배터리 면적당 황을 많이 넣어 배터리 용량 키울 수 있으며, 다황화물이 음극으로 확산되지 않아 수명을 늘릴 수 있었다. 실리카-황을 중간층으로 만든 리튬-황 배터리를 실험한 결과, 700번 이상 충방전을 해도 용량이 줄어들지 않았다. 연구진은 "황을 첨가한 비율 대비 낮은 전해질 양에서도 우수한 배터리 특성을 보여줘 실용화에도 접근했다"고 설명했다. 이번 연구는 미국 아르곤 국립 연구소(ANL)의 아민 카릴 박사팀과 공동협력으로 진행됐으며, 연구결과는 세계적 학술지로 인정받는 네이쳐지 자매지인 '네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 8월 8일자 온라인판에 발표됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자