총 243억 투입…차세대 전지 연구 프로젝트 주도

한국전기연구원(KERI, 원장 최규하)이 전기자동차용 차세대 리튬금속 이차전지 핵심 원천기술 개발에 나선다.

KERI에 따르면 정부는 ‘거대과학연구개발사업’의 일환으로 ‘전기자동차용 차세대 리튬금속 이차전지 핵심 원천기술 개발 사업’을 추진한다. 2018년 7월 27일부터 2023년 2월 26일까지 55개월 동안 연구개발비 약 243억원이 투자되는 대형 프로젝트다.

KERI는 이번 사업의 주관기관으로 선정됐고, 총괄 연구 책임은 이상민 KERI 전지연구센터장이 맡으면서 연구개발을 선도할 예정이다.

현재 상용화돼 있는 리튬이온전지는 음극재로 ‘흑연’이 사용된다.

음극재는 양극재·분리막·전해질 등과 함께 리튬이온전지를 구성하는 핵심 부품으로, 충전 시 리튬이온을 저장해뒀다가 이를 방출함으로써 전기를 발생시키는 역할을 한다.

흑연 전극은 사이클 수명이 우수하고 음극활 물질이 지녀야 할 조건인 안정성과 낮은 전자 화학 반응성 등을 갖춘 재료로 손꼽히지만, 용량이 적어 충·방전 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 전 세계 흑연의 약 70%가 중국에서 생산될 정도로 수입에 의존하고 있는 현실이다.

이에 흑연을 대체할 수 있는 '리튬금속'이 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목받고 있다.

음극 물질 중에서 구동 전압이 가장 낮고, 흑연 음극보다 용량이 10배 정도 우수하기 때문이다.

이미 일본, 미국 등 선진국에서는 리튬금속 음극을 기반으로 하는 차세대 이차전지 개발을 위해 정부 주도로 거액의 연구비를 투자하며 기술 선점을 노리고 있다.

미국은 지난 2016년부터 총 5000만 달러(약 560억원) 규모로 'Battery 500' 과제를 수행하고 있으며, 일본도 올해 자동차 및 전지업체가 공동으로 모여 차세대 리튬전도체 전지 개발을 수행하고 있다.

우리나라도 그동안 리튬금속을 적용하기 위한 연구 시도가 많이 있었지만, 그 규모가 작고 안전성과 장기 신뢰성을 확보하는 데 어려움을 겪어왔다.

하지만 이번 정부 주도 대형 연구 프로젝트를 통해 기존 리튬이온전지의 성능 한계를 뛰어넘는 고효율·고성능 차세대 이차전지 개발의 길이 열리게 된 것이다.

정부와 연구팀은 이번 연구 프로젝트가 성공적으로 마무리되면 리튬이차전지를 동력으로 활용하는 친환경 전기차의 성능 향상 및 안정성 확보, 가격경쟁력 강화에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

이상민 KERI 센터장은 “리튬금속 원천기술 개발은 파급력이 큰 만큼 기술적 난이도가 매우 큰 기술”이라며 “국내 최고 전문가들과 협심해 과제를 성공적으로 수행하도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.