울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 조재필 특훈교수가 창업한 에스엠랩(SMLAB)은 값싼 망간과 니켈로만 구성된 단결정 배터리 양극재를 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

이 양극재는 기존 양산형 배터리에 쓰이는 리튬인산철(LFP) 소재보다 에너지밀도를 2배 이상 증가시켜 더 적은 양을 써도 동일한 거리를 갈 수 있는 용량의 전기차 배터리를 만들 수 있다.

에스엠랩에 따르면 배터리 양극재는 전체 배터리 가격에서 35% 이상을 차지할 정도로 고가다.

이 때문에 전기차 가격 경쟁력을 위해서는 이를 대체할 소재 개발이 필수적이다.

테슬라가 지난해 기본형 모델 전기차에 LFP 배터리를 탑재하겠다고 밝힌 것도 이 같은 맥락이다.

LFP 양극재는 기존 전기차 배터리 양극재 보다 소재 가격이 3배 가까이 싸기 때문이다.

하지만 실제로 LFP를 쓴 배터리 가격은 기존 소재를 쓴 배터리 가격보다 약 20% 정도만 저렴하다.

이 소재는 에너지 밀도가 낮은 특성 때문에 더 많은 양을 써야 기존 소재와 동일한 수준의 배터리 용량을 맞출 수 있기 때문이다.

에스엠랩이 개발한 소재는 LFP 소재 대비 에너지 밀도가 2배 이상 높다.

값싼 망간과 니켈을 3대 1의 비율로 섞인 소재로 값비싼 코발트의 함량은 0이다.

자체 개발한 입자 성장 촉진제를 소량 첨가해 마이크로미터 수준으로 입자 하나의 크기를 키우는 데 성공했다.

[울산=뉴시스]조재필 에스엠랩 대표(UNIST 에너지화학공학과 특훈교수). (사진=에스엠랩 제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지에너지 밀도를 높이기 위해서는 입자 하나의 크기를 적당히 키워야 하는데, 일반적으로 망간 함유량이 높아지면 입자 크기를 키우기 힘들다.

망간계 소재는 2010년대에 상용화 개발을 진행했으나, 단일 입자가 300나노미터 이하의 다결정 형태로만 만들어져 상용화에 어려움이 있었다.

또 망간계 전극 소재의 문제점인 낮은 출력 특성은 전도성 코팅을 독자 개발해 극복했으며 이 소재는 고온에도 강하다는 장점이 있다.

조재필 대표는 "경쟁사 대비 2년 가량 앞서 LFP 대체재 양극재 개발을 세계 최초로 성공했다"며 "해외 고객사와 양산 검증을 거쳐 올해 4분기부터 EV용 배터리 실증 테스트를 계획 중"이라고 밝혔다.

LFP 배터리는 그간 중국이 주도해 왔지만 테슬라 외에도 포드, 폭스바겐 등이 전기차에 LFP 배터리 탑재를 검토함에 따라 LG에너지솔루션, SK온 등 국내 배터리사도 이에 뛰어들고 있다.

하지만 LFP 소재는 소재 특성상 그 입자를 수백 나노미터 크기로 작게 만들어야만 배터리 전극 소재로 쓸 수 있다.

입자 크기가 작아지게 되면 입자간의 못 쓰는 공간이 많아져서 똑같은 통에 담았을 때 더 적은 양을 담을 수밖에 없고, 단위 부피당 용량인 에너지 밀도가 떨어지게 된다.

한편, 에스엠랩은 지난 2018년 7월 창업한 스타트업으로, 니켈 함량 83% 이상의 양극재인 NCM(A)와 NCA를 수세 공정 없이 단결정형 분말로 양산화하는 기술을 보유하고 있다.

최근에는 니켈 함량 98% 이상인 NCM 단결정 양극 소재를 양산화하는데 성공했다. 

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