KIST, 차세대배터리·수소 원천기술 개발···'탈탄소' e케미칼 연구도 활발

美 바이든 시대 '국내 그린뉴딜 현장'

<4>KIST 청정신기술연구소·국가기반기술연구본부




민병권(뒤) KIST 국가기반기술연구본부장 등 연구팀이 태양광 에너지를 활용, 물을 분해해 만든 고압 수소를 풍선에 넣어 날리고 있다.


서울 성북구 홍릉의 한국과학기술연구원(KIST) 청정신기술연구소. 먼저 에너지저장연구단을 찾으니 전기차 등에 쓰이는 리튬 이온 전지 배터리를 대체할 차세대 배터리 연구가 한창이었다. 당장 상용화는 안 되지만 미래 성장 동력 발굴의 현장이다. 이 분야는 미국·일본·한국이 연구 측면에서 잘하고 중국은 많은 연구자를 바탕으로 추격하는 모양새다.


최근 미국 애플이 전기차 시장 진출 계획을 밝히고 미국 조 바이든 행정부의 피터 부티지지 교통부 장관 지명자가 전기차 시장 확대를 역설하면서 차세대 배터리에 대한 관심이 커지고 있다. 앞으로 10년 내에 차세대 배터리로 흐름이 바뀔 것이라는 게 전문가들의 예측이다.현재 리튬 이온 전지는 원료인 리튬·코발트가 비싸 수급에 애로가 있고 화재 위험이 있기 때문이다.


우선 전고체 전지의 경우 불이 안 나 매우 안전하다. 전지 셀의 구성을 바꿀 수 있어 에너지 밀도가 높아 한 번 충전하면 오래 쓸 수 있다. 리튬 이온 전지 배터리(코나의 경우 500㎞ 주행)보다 2배가량 더 갈 수 있다. 하지만 상용화는 7~8년 뒤에나 가능할 것으로 보인다. 일본 토요타가 오는 2022년 시제품을 계획하고 있으나 이르다는 지적이 나온다.




KIST가 개발 중인 나트륨 이온전지 ESS.


나트륨 이온 전지는 리튬 이온 전지와 구조가 동일하나 리튬 대신 나트륨을 써 대용량 에너지저장장치(ESS)나 모빌리티 기기에 적합하다. 가격이 리튬 이온 전지의 70~80%, 심지어 최대 절반까지 저렴해질 것이라는 기대가 나온다. 하지만 한참 먼 상용화를 앞당기기 위해서는 적합한 소재를 찾는 게 우선이다. KIST는 소금의 주요 성분인 염화나트륨에 특별한 전기화학 공정을 거쳐 전극 소재에 알맞은 구조를 찾기는 했으나 염화나트륨에 설탕을 코팅해 표면 전도도 제고 등 후속 연구가 필요하다. 현재 KIST도 나트륨 이온 전지의 셀 구성이 가능해 전지를 만들 수는 있으나 상용화는 차원이 다른 문제다. 중국은 이미 관련 공장도 세울 정도로 기술을 나름 축적했으나 실제 상용화 가능성에 대해서는 의구심이 있다.


다가 이온 전지는 이온이 하나 움직일 때 전자가 두 개 이상 움직여 에너지 밀도가 2배 높아지는데 자동차와 ESS에 모두 쓸 수 있다. 마그네슘·아연·알루미늄을 2가나 3가로 써 가격을 크게 낮출 수 있고 주행 거리도 2배 늘릴 수 있으나 아직은 원천 기술 단계에 머물러 있다.



정경윤 KIST 청정신기술연구소 에너지저장연구단장이 차세대 배터리 개발을 위한 연구실에서 포즈를 취하고 있다.


정경윤 KIST 청정신기술연구소 에너지저장연구단장은 “차세대 배터리는 응용할 수 있는 원천 기술 단계이거나 아예 기초 단계”라며 “전고체 전지는 토요타 등 일본이 앞서고 후발 주자로 미국·한국이 따라가는 모양새다. 우리는 리튬 이온 셀 제조 기술이 좋은데 일본보다 부품·소재 기술은 뒤처져 있다. 미국은 원천 기술은 강하나 생산까지는 못 간다”고 설명했다. 이어 “과학기술정보통신부가 먼저 원천 기술을 하고 산업통상자원부가 이어받는 게 효과적인데 부처 간 역할 분담이 잘 안 된다”며 “원천 기술 투자도 오히려 줄어든 느낌이고 여전히 연구에서 유행을 탄다”고 지적했다.



전고체·나트륨이온전지 등 리튬 대체 물질 발굴 구슬땀


재생에너지 연계한 수소 생산·저장 등 全주기 연구 진행


물·태양광 기반으로 원료 만드는 ‘인공 광합성’ 기술 주도


출처 : https://www.sedaily.com/NewsView/22HF4R14WN