수계 리튬2차전지용 음극재료·공정의 개발
교육과학기술부와 한국과학재단은 수계 리튬 2차전지용 음극재료 및 공정의 개발에 성공한 한양대학교 신소재공학부 백운규(白雲揆, 45세) 교수를 '이달의 과학기술자상' 12월 수상자로 선정했다.
양극재료로는 주로 리튬을 포함하는 금속산화물이 사용되며 음극재료로는 흑연, 금속산화물 등이 주로 사용된다.)용 음극재료 및 공정 개발(리튬 2차 전지용 전극재료는 구리나 알루미늄과 같은 금속에 코팅을 해야 하는데, 이때 인체에 치명적인 유기용매를 사용하게 된다. 본 기술의 개발은 인체에 치명적인 유기용매 대신 인체에 무해한 물을 사용하는 친환경적인 새로운 제조공정을 가능하게 했다.)에 성공했다.
기존 리튬2차전지는 제조공정에서 인체에 유해하고 환경오염을 유발하는 고가의 유기용매(고체와 액체를 녹일 수 있는 탄소 함유 화합물로 인체에 치명적이며 환경오염을 일으킬 수 있다)를 사용했다.
이에 따라, 물을 용매로 사용하는 제조공정이 요구되어 왔으나, 전지의 특성저하 문제로 인한 어려움(일반적으로 미세입자는 나노단위(10-9m)로 크기가 작아짐에 따라 매우 우수한 물리화학적 특성을 보이지만, 동시에 입자끼리 서로 잡아당기는 힘, 즉 반데르발스 힘 증가에 의해 입자간의 뭉침 현상이라는 심각한 문제점을 필연적으로 수반하게 된다. 이에 따라, 막의 충진 밀도가 낮아지고 균일한 막의 형성이 어려워져서 나노 입자 고유의 특성을 상실하게 되고 이는 곧 전지의 용량 저하로 이어지게 된다.)이 있었다.
이를 해결하기 위해 백운규 교수 연구팀은 나노 입자들끼리 서로 끄는 힘을 억제시킴으로써 물에서도 나노 음극 재료들이 잘 분산될 수 있는 기반 기술을 확립하였으며, 형성되는 막의 균일화에 성공함으로써 고효율을 갖는 저가 친환경 제조공정 기술을 개발했다.
유기용매를 물로 전환하는 동 기술개발을 통해 전지 1개당 17원의 제조단가 절감의 효과를 거두었으며 환경오염원 배출문제 해결 및 현장근로자의 작업환경 개선에도 크게 기여했다.
이 기술은 (주)삼성 SDI에 성공적으로 기술 이전되어 양산화에 성공하였으며 동 기술의 적용에 의한 전지성능 향상 및 제조단가 절감효과로 세계 유수 모바일폰 제작사에 수출하는 결과를 이루었다.
백 교수는 이 연구 결과로 국내특허 1건을 비롯하여 미국, 일본, 유럽연합에 3건의 국제특허를 출원 및 등록하였으며, 유수의 저널에 5편의 SCI 논문을 게재하는 학문적 성과를 이루어 냈다.
또한 향후 시장의 규모가 증가하리라 예상되는 2차 전지 분야에서 수계 제조공정의 원천기술을 확보함으로써 전지분야에서 세계적인 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대된다.
백 교수는 수상소감에서 “고유가 시대의 도래에 따라 에너지 개발 및 저장에 대한 관심이 높아지면서, 선진국 등에서는 이미 이와 관련된 원천기술 확보에 박차를 가하고 있어 국내와의 기술적 격차가 벌어지고 있다”며 “따라서 에너지 분야에서 경쟁력을 높이기 위해서는 요소기술 및 원천기술의 확보가 절실히 필요하다고 언급했다.