[에너지데일리 송병훈 기자] 한국전기연구원(KERI)의 이차전지 및 나노 3D프린팅 분야 성과가 ‘2023년 국가연구개발 우수성과 100선’에 선정됐다. 우수성과 100선은 국가 발전을 견인해 온 과학기술의 역할에 대해 국민의 이해와 관심을 제고하고, 과학기술인들의 자긍심을 높이기 위해 2006년부터 매년 진행돼오고 있는 제도다.
먼저, KERI 이차전지연구단 하윤철 박사팀의 ‘불 타지 않는 전고체 이차전지용 황화물계 고체전해질 저비용 대량생산 기술’은 기계·소재 분야 최우수 성과로 선정됐다. 올해 최우수는 100개 성과 중에서도 12개만 선정된 ‘별 중의 별’이다. 지난해 연구원의 ‘미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속·그래핀 복합전극’ 기술에 이은 2년 연속 최우수 성과 배출이다.
전고체 이차전지는 양(+)극과 음(-)극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 안전성이 높아 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 장치나 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화·소형화·형태 다변화 등이 가능하다. 하지만 고체전해질은 액체전해질 가격의 100배에 이르고 있어 전고체 이차전지의 조기 상용화에 걸림돌이 되고 있다.
고체전해질의 제조 비용은 낮추면서도 품질까지 보장하는 고난도의 미션을 해결한 하 박사팀의 핵심 기술은 ‘용액형’과 ‘공침형’, ‘습식밀링형’ 방식이다.
용액형은 최적 합성을 가능하게 하는 첨가제를 통해 낮은 순도의 저렴한 원료(출발물질)로도 성능이 뛰어난 고체전해질을 대량생산할 수 있는 ‘특수 습식합성법’ 기술이다. 공침법은 고가의 황화리튬 사용 없이 간단한 용액 합성(One-pot) 과정만으로 고체전해질을 저가로 대량생산하는 세계 최초의 성과다. 습식밀링형은 200℃ 이하 저온에서 양질의 고체전해질을 손상 없이 제조해 극판과 멤브레인에 최적 적용하는 기술이다. 이 기술들은 각각 국내 다수 전문 기업체들에 기술이전(총 15억원 이상)돼 고체전해질의 양산화가 준비되고 있다.
하윤철 박사는 “전기차의 성능 한계와 화재 이슈를 해결할 전고체 이차전지 상용화의 핵심이 바로 고체전해질 저가격화”라면서 “연구원의 성과가 관련 산업 발전은 물론 ‘이차전지 분야 세계 1위 대한민국’ 위상 공고화에 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.
KERI 스마트3D프린팅연구팀의 설승권 박사팀도 ‘로봇암 기반 전방위 3D프린팅 기술’로 기계·소재 분야 우수성과에 이름을 올렸다. KERI는 3D프린터 자체만으로 전기가 통하는 소자 및 부품을 인쇄할 수 있는 세계최고 수준의 기술력을 보유하고 있고, 다양한 SCI급 논문 및 특허 등을 통해 이를 증명해 왔다.
이번에도 ‘증강현실(AR) 기반 내비게이션을 구현하는 스마트 콘택트렌즈 핵심 기술’, ‘로봇 팔을 이용해 3차원 입체 면에 미세한 회로의 기능성 패턴을 인쇄하는 기술’, ‘바이오센서용 전도성 소자를 인쇄하는 스마트 잉크 기술’ 등 다수의 나노 3D프린팅 기술을 선보이며 우수성과 100선에 이름을 올렸다.
설승권 박사는 “미래 첨단기기는 플렉시블 및 웨어러블 등 기능 실현을 위해 자유 형상(Free-Form Factor)을 갖는 전자 소자를 요구한다”면서 “3D인쇄전자기술은 기존 제한된 소자 제조 방식의 한계를 돌파하는 전 세계적 유망 기술 분야이고, 그 중심에 KERI가 있을 것”이라고 말했다.
