강종효 기자
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한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 전고체전지용 황화물계 고체전해질을 더 빠르고, 품질 좋게 만드는 ‘업그레이드형 공침법’을 개발했다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 화재나 폭발의 위험성이 극히 낮은 고체로 대체한 것이다.
고체전해질은 제조가 어렵고 비싸기로 유명한데 하윤철 박사팀은 지난 2021년, 고가의 황화리튬(Li2S) 없이 원료들을 한꺼번에 용기에 넣어(One-pot) 용액 공정으로 고체전해질을 대량으로 제조하는 ‘공침법’을 제안해 큰 주목을 받은 바 있다. 기존 방식 대비 원료비를 대폭 절감하고 고에너지 밀링(milling)이나 증발(evaporation) 공정이 필요 없는 획기적인 기술로, 국내 전기·전자재료 전문 기업인 대주전자재료에 기술이 이전됐었다.
이후에도 KERI는 한국과학기술원(KAIST), 대주전자재료 등과 후속 연구를 진행했고 용해·공침 현상의 상세 메커니즘 규명을 통해 고체전해질 생산 시간 단축과 품질을 획기적으로 개선할 수 있는 최적화된 업그레이드형 공침법을 개발하는 데 성공했다.
공침법은 원료를 고르게 용액 속에 녹여내고 이를 침전시킨 후 필터로 걸러내는 과정이 핵심이다. 하윤철 박사팀은 먼저 리튬과 황, 촉매를 적정 비율로 혼합해 리튬의 순차적인 용해 정도에 따라 리튬폴리설파이드와 황화리튬이 연속적으로 형성되는 과정을 분석했다. 이를 3원소(Li3PS4 등) 및 4원소(Li6PS5Cl 등) 고체전해질의 합성 공정에 적용해 다양한 원료들이 빠르고 균질하게 용해·공침되는 기술을 개발했다.
KERI 공침법에 대한 정밀한 메커니즘 분석은 국내 최고의 대학 연구진이 맡았다. KAIST 변혜령 교수팀은 리튬의 용해 정도에 따라 발생하는 각 중간산물의 화학적 분석을 주도하면서, 같은 대학 백무현 교수팀과 포항공과대학교(POSTECH) 서종철 교수팀의 양자 계산 및 음이온 질량 분석의 도움을 받아 정확한 분자 구조를 밝혀냈다. 이를 기반으로 대주전자재료는 실제 고체전해질 양산에 적용될 연속 공정에 관련 기술을 접목했다.
이렇게 산·학·연의 꾸준한 협력으로 고체전해질 생산 시간을 14시간에서 4시간으로 대폭 줄일 수 있는 업그레이드형 공침법이 탄생했다.
최적으로 합성된 고체전해질은 품질도 향상됐다. 기존 제조법들은 양산화(스케일업, Scale-up) 과정에서 낮은 이온전도도를 보여 고질적인 문제가 됐었다. 하지만 이번 업그레이드형 공침법을 양산화 과정에 적용하면 고체전해질의 이온전도도는 5.7 mS/cm를 기록해 액체전해질(~4 mS/cm) 수준을 넘어선다. 또한 해당 고체전해질을 스마트폰 전지의 1/5 수준에 해당하는 700mAh 용량의 전고체전지 파우치셀에 적용해 상용 리튬이온전지(270Wh/kg)보다 높은 에너지 밀도인 352Wh/kg를 달성했다. 뿐만 아니라 전고체전지를 1000회 충·방전한 실험 결과도 80% 이상의 용량을 유지해 안정적인 수명도 확인했다.
KERI 하윤철 박사는 "기존 성과는 고체전해질 제조 방식에 공침 기술을 세계 최초로 도입했다는 데에 의의가 있다면 업그레이드형은 공침법의 원리를 상세하게 분석해 최적화를 실현하고 더 좋은 결과물도 만들어낸 성과"라며 "전고체전지를 저렴한 비용으로 대량생산하는 시대를 활짝 여는 마중물이 될 것"이라고 말했다.
◆경상남도-경남TP, 반도체산업 진입 지원사업 시작
경상남도(도지사 박완수)와 경남테크노파크(원장 김정환, 이하 경남TP)는 경남 반도체 산업 지원을 위해 ‘경남 반도체 부품·장비 기술개발사업’ 수혜기업을 오는 28일까지 모집한다.
이번 사업은 경남 지역의 기계, 소재 산업 인프라를 활용해 반도체 소부장 관련 중소·중견기업의 반도체산업 진입을 지원하기 위해 올해 도비 1억5000만원 규모로 총 5개 기업을 선정해 지원할 예정이다.
지원 대상은 경남에 소재한 반도체 산업과 관련된 중소·중견기업으로 반도체 분야의 시제품 개발과 제품고도화를 위해 기업당 최대 250만원을 지원한다.
경남TP 김정환 원장은 "경남 반도체 부품·장비 산업 기술개발 지원사업을 통해 미래 반도체 시장의 핵심 영역인 반도체 부품·장비 국산화를 집중 육성해 지역 미래 먹거리 산업 발굴에 기여하겠다"고 말했다.
한편 경남도와 경남TP는 지난해부터 국내 반도체 취약 부문인 시스템 반도체 활성화를 위해 도내 기업들의 반도체 관련 부품·장비 기술개발을 지원해왔으며 기업지원사업을 점진적으로 확대해 나갈 예정이다.
◆삼현, 팔용동 증설공사 안전기원제 실시
삼현(대표이사 황성호)은 지난 7일 팔용동 22-2부지 건축공사현장에서 회사와 시공사 관계자 30여 명이 모인 가운데 공사의 무재해와 안전시공을 기원하는 안전기원제를 열었다.
삼현은 지난해 8월 경상남도, 창원특례시와 3년간 약 520억원, 50명 고용의 투자협약을 체결했으며 이번 행사는 해당 현장의 무재해 안전시공을 위해 실시했다.
신규 제품의 라인 신설을 위한 이번 공사는 팔용동 22-2 창원국가산업단지내 약 8581㎡ 부지에 지상 6층, 연면적 2만818㎡ 규모로 시공되며, 금년내 완공을 목표로 하고 있다.
삼현 황성호 대표는 "현장의 안전이 최우선이라는 생각으로 공사 안전확보에 필요한 지원을 아끼지 않을 예정"이라고 말했다.
◆경남경찰청, 전국 최초 지역경찰 전용 교육센터 개소
경남경찰청(청장 치안감 김성희)이 전국 최초로 ‘지역경찰 전용 교육센터’를 열었다.
올해 지역경찰 교육훈련 과정이 기존 2개에서 10개 과정(△지역경찰 전입자 교육 △현장 실무 △공동체 치안의 이해 등)으로 대폭 확대됨에 따라 체계적인 교육 환경조성을 위해 전용 교육시설의 필요성이 제기됐고 예산과 접근성 등을 종합적으로 검토해 도경찰청 내에 지역경찰 전용 교육센터를 설립했다.
올 한해 ‘지역경찰 교육센터’에서는 1500여명의 지역경찰을 대상으로 총 30여회의 교육을 시행하게 되며 각 경찰서에서도 자체 교육을 병행해 경남경찰청의 지역경찰 교육 체계를 더욱 고도화한다.
김성희 청장은 "지역경찰 전용 교육센터 운영을 통해 현장대응역량을 더욱 높여 도민에게 최상의 치안서비스를 제공할 수 있도록 최선을 다하겠다"고 말했다.
