에너지연구원-㈜액트로, 전극소재 국산화 착수

그래핀 기술로 획기적 내구성 가져…기술이전 협약 체결

연료전지·이차전지 비활성화 억제, 내구성은 200% 이상 향상

구멍 숭숭 그래핀 코팅 기술로 국내 소재기술 자립 기대

[대전=뉴시스] 에너지기술연구원과 액트로 간 다공성 그래핀 코팅 기술 이전 계약 체결식이 지난 6일 열렸다. 왼쪽부터 ㈜액트로 하동길 대표, 에너지기술연구원 김희연 책임연구원, 에너지기술연구원 김종남 원장. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 이차전지와 연료전지의 내구성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발해 민간기업을 통해 상용화에 착수, 에너시 소재분야 기술자립이 기대된다.

한국에너지기술연구원은 고온에너지전환연구실 김희연 박사 연구진이 연료전지 촉매 및 이차전지 전극 물질의 표면에 다공성 그래핀쉘을 코팅하는 기술을 개발해 ㈜액트로에 이전, 차세대 전극소재 양산에 들어갔다고 18일 밝혔다.

이번에 액트로에 이전된 기술은 연료전지 촉매와 이차전지 전극의 내구성 저하 문제를 근본적으로 해결하는 기술로, 다공성 그래핀쉘을 연료전지 전극용 백금(또는 백금-전이금속 합금) 촉매와 이차전지 전극용 실리콘산화물에 적용해 내구성을 200% 이상 향상시킨 기술이다.

대부분이 흠집이 없는 매끈한 그래핀에 집중할 때 에너지연은 반대로 구멍이 숭숭 뚫린 다공성 그래핀에 몰두, 다공성 그래핀을 금속 촉매의 표면에 코팅하면 중간중간 구멍을 가진 그래핀 껍질의 신축성과 보호효과로 연료전지 및 이차전지의 성능저하가 억제되는 것을 확인했다.

연구진은 "이번 기술 개발에는 반도체 공정에 주로 적용되던 화학기상증착 공정을 응용했다"며 "전극물질이 놓인 반응챔버에 기체상태의 탄화수소 물질을 저농도로 흘려주는 것만으로 연료전지용 백금계 촉매 및 이차전지 전극용 실리콘 나노입자의 표면에 다공성 그래핀쉘을 코팅할 수 있다"고 설명했다.

이 기술은 공정이 매우 간단하고 처리시간이 수 초에서 수 분 내외로 짧으며, 온도와 반응물의 농도 조절만으로 그래핀쉘의 형상 및 두께를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

또 촉매 10㎏을 코팅하는데 원료비가 수 백 원에 불과할 정도로 저렴해 적은 예산으로 단기간에 사업화가 용이하다.

특히 배터리의 충방전 과정에서 발생하는 팽창과 수축에 탄력적으로 반응하면서 수명저하(전극의 비활성화)를 근본적으로 억제할 수 있다.
 
모든 종류의 배터리는 충방전 과정에서 팽창과 수축을 반복하면서 손상이 발생하고 충전효율이 저하되지만 이차전지의 차세대 음극재인 실리콘 나노 입자에 다공성 그래핀쉘을 코팅하면 이런 수명저하 문제를 해결 할 수 있다.

이와 함께 촉매 표면에 코팅된 다공성 그래핀쉘의 보호 효과로 촉매 입자의 응집, 부식, 탈락을 근본적으로 억제할 수 있고 그래핀쉘에 숭숭 뚫린 구멍을 통해 반응물이 쉽게 이동할 수 있어 촉매 성능 저하를 최소화할 수도 있다.

에너지연은 지난 6일 대전 본원에서 김종남 원장, ㈜액트로 하동길 대표 등 양기관 관계자들이 참석한 가운데 '다공성 그래핀 코팅' 기술이전 체결식을 갖고 본격적인 사업화에 들어갔다.

국내 정밀부품 제조 전문기업인 ㈜액트로는 이전 받은 순수 국내기술을 기반으로 대부분 수입에 의존하던 전극 소재를 국산화하고 해외시장을 개척한다는 방침이다.

연구책임자인 김희연 박사는 "이번 기술 이전은 국내 자체기술로 개발된 순수 원천 소재 기술에 대한 사업화로 매우 드문 사례"라면서 "K-소부장 기술을 바탕으로 한 수소경제 및 친환경 에너지 시스템의 인프라 구축에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

㈜액트로 하동길 대표는 "스마트폰 부품 사업 일변도의 사업포트폴리오를 다각화하고 미래성장 먹거리를 선정해 투자 및 추가증설 계획을 수립했다는데 의의가 있다"며 "향후 원천기술 및 관련 소재기업들과 시너지를 통해 입지를 강화하겠다"고 밝혔다.


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