衤Ǽп(MATERIC) Դϴ.

ٷΰ޴

Խ Ʈ

  • 조재필 교수
  • 리튬 이차 전지 소재 개발 및 금속 공기 전지의 연구
  • 조재필 교수(울산과학기술대학교 친환경에너지공학부)
  • ̸ :jpchounist.ac.kr
  • : 울산과학기술대학교



  • 안녕하세요. 메트릭 회원 여러분!
    오늘 인터뷰에서 만나 보실 분은 국내 대학으로는 최대 규모의 기술이전료를 받으신 울산과학기술대학교 친환경에너지공학부의 조재필 교수님입니다. 교수님께서는 리튬이차전지 양극 및 음극 소재 기술의 세계적인 권위자로써 국내 과학자로서는 유일하게 독일 존 아일리 출판사에서 발행하는 에너지 분야의 최고 저널인 Advanced Energy Materials의 편집위원으로 활동하고 계시며, 전자기술 관련 국내외 특허 50건을 보유하고 SCI 논문도 130편을 게재하신 분이십니다. 그럼 교수님을 직접 찾아뵙고 자세한 이야기를 나눠보도록 하겠습니다.


    1. 지금 교수님께서 하고 계시는 연구주제와 내용에 관해서 간단히 말씀해주시기 바랍니다.

     - 가장 중점적으로 연구하고 있는 분야는 리튬 이차전지의 소재들입니다. 음극과 양극이 있고, 이들을 분리하는 분리막으로 구성되어 있는데, 저는 전극소재 음극, 양극에 저희 연구실 대학원생 13명과 같이 연구에 집중하고 있습니다. 그리고 차세대 전지라고 하는 금속공기전지(1) 쪽에는 3명의 대학원생하고 포스닥 박사 연구원 2명하고 테크니칼 스텝 한 명이 연구를 진행하고 있습니다. 그래서 전반적으로는 리튬이온이 가장 크게 연구하고 있으며, 다음으로 금속공기전지 연구라고 말씀드릴 수 있습니다.


    2. 얼마 전 국내 대학으로는 차세대이차 전지 관련 신기술로 최대 규모인 54억 원의 기술이전료를 받으셨다고 들었습니다. 이와 관련 차세대이차 전지 신기술은 어떠한 기술을 말씀을 하시는 건가요?

     - 우선 전기자동차에 사용되는 이차 전지에 들어가는 소재는 일반적으로 휴대전화나 노트북에 들어가는 전지소재하고 많이 다릅니다. 전지자동차의 이차 전지는 10만 회를 충방전를 계속 사용해야 합니다. 반면에 휴대전화나 노트북은 300회 정도밖에 안 됩니다. 수명이 전기자동차의 이차 전지는 10년 정도 생각하면, 굉장히 거친 환경에 적용될 수 있는 물질을 사용하여야 합니다.  그중에 하나로 스피넬(spinel)이라는 물질을 사용하는데, 스피넬은 온도가 올라가면 금속성분이 녹아내리는 문제점이 있습니다. 저희는 그러한 문제점들을 상당 부분 개선을 했습니다. 이것이 기술이전 된 2가지 중의 핵심기술 중 하나이고, 나머지 하나는 현재 사용되고 있는 음극소재는 흑연이지만, 흑연은 리튬을 저장할 수 있는 능력이 한정 되어 있습니다. 저희는 차세대물질인 실리콘을 다공 형태로 만들어서 흑연보다 리튬을 훨씬 더 많이 저장할 수 있고, 수명 또한 오래 사용할 수 있는 기술을 개발하여 이전하게 되었습니다.


    3. 이 기술의 핵심은 무엇입니까?

     - 스피넬은 고온에서 전혀 변형이 없는 안정한 물질이구요. 음극 같은 경우엔 저가이면서 대량합성이 가능한 그런 물질입니다.


    4. 그럼 고온에서 수명 단축 없이 안정한이차 전지 양극 소재를 저가로 대량 합성하는 기술에 대한 간략한 소개와 개발하시게 된 계기를 알 수 있을까요?

     - 2004년에 우연히 금속산화물을 다공성으로 만들다가 리튬을 넣었다가 빼도 장시간 사용할 수 있는 것을 발견하였습니다. 그것을 토대로 계속 연구를 하다가 최근 실리콘에 다른 어떤 합성방법을 시도 했습니다.  그것이 어느 정도 성과가 있어 그쪽으로 계속 매진한 결과 이러한 성과가 나온 것 같습니다.




    5. 특히 이전 핵심기술 가운데 하나인 고용량 실리콘 물질은 현재 일본에서도 부분적으로 생산 판매 되고 있는 걸로 알고 있습니다. 교수님 연구팀에서 개발하신 기술은 일본과 비교해 어떠한 차이점이 있을까요?

     - 일본은 아직 저희들 기술력 수준으로는  개발이 안 되어 있고, 다른 형태인 실리콘 산화물 형태로 제작되어 국내업체에 공급되고 있으며, 가격이 kg당 100불이 넘습니다. 하지만 저희는 kg당 20~30불 정도의 수준으로 공급되고 있습니다. 가격 경쟁력이 상당히 뛰어난 수준입니다.


    6. 이 기술을 활용하면 저렴하고 높은 안정성을 가진 고용량 소재를 국내 기업에서 생산할 수 있게 되어 막대한 경제적 이익을 얻게 된다고 기대되고 있는데요. 현재 이 기술의 산업적 응용이 어느 정도로 진행되며 상용화 되고 있는지 궁금합니다.  

     - 지금 기술 이전된 세안 이노텍이란 업체에서 양극은 내년 하반기에 생산을 시작할 계획이며, 음극 같은 경우에는 올해 하반기부터 생산을 시작하여 전자업체에 판매할 예정입니다.


    6-1. 구체적으로 어떤 전자업체에 활용이 되는건가요?

     - 예를 들면 국내에 있는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 다 대상이 될 수 있겠습니다.


    7. 방금 소개한 기술 외에도 다양한 기술을 보유하고 계시며 또 교수님께서 신기술융합형성장동력 사업을 추진하기 위한 나노 기반 정보에너지 사업본부로 교과부에 선정되시며 독일의 과학 저널인 Advanced Energy Materials의 편집위원으로 활동하고 계신데요. 저널활동이나 국가사업 등에서 연구 활동에 새로운 연구 아이템이 필요할 때 주로 어디서 어떻게 영감을 받으시는지요?

     - 인문학 하시는 분들은 책을 보고 영감을 얻지만, 저희는 책 대신에 저널 쪽의 논문들을 많이 읽고 영감을 얻습니다. 논문도 수많은 종류가 있지만 어느 정도 고르면 많은 영감을 얻습니다.


    8. 그럼 지금 새롭게 연구아이템으로 생각하고 계시는 게 있으신가요?

     - 독창적인 아이디어도 있지만, 다른 논문에서 어떠한 아이디어를 저희 쪽에 접목한 경우가 많습니다. 예를 들면 나노산화물 같은 나노물질은 워낙 작고 접촉할 수 있는 면적이 상당히 크기 때문에이차 전지 속에 넣으면 부반응이 많이 일어나게 되어이차 전지에 적용하기 어렵습니다.  나노물질을 전지 속에 넣어 작동하면 가스가 많이 발생합니다. 그래서 이것을 최소한으로 줄이고자 나노 클러스터 형태인 벌크형태로 만들어서 시도하고 있습니다.


    9. 이처럼 친환경 에너지공학 분야의 연구에 몸담아 오시면서 여러 연구를 진행해오셨는데요. 태양광, 풍력, 물, 수소 등 에너지를 수집하여 이를 전기에너지로 저장, 때와 장소에 상관없이 사용할 수 있는 미래 핵심 에너지 저장 기술 개발에 더욱더 힘쓰고 계시는데, 예전과 달라진 연구 환경이나 아쉬운 부분이 있다면 어떤 것들이 있을까요?

     - 저희 같은 과학자로서는 중국의 성장이 상당히 무섭습니다. 미국도 국제적으로 상당히 SCI 논문 쪽에 영향이 가장 큰 나라 중에 하나지만, 가장 많이 논문을 내는 나라는 중국입니다. 10년 전만 해도 중국이 그 정도 위치까지는 못 올라왔습니다. 하지만, 현재는 일단 양적인 수준에서 미국을 추월하였고, 앞으로 5년 이내에는 질적으로 많이 따라 붙을 거라고 생각하고 있습니다. 반면에 한국은 이도 저도 아닌 어중간한 상태입니다.이차 전지 분야에서는 아직 중국보다 기술을 선도하고 있지만, 우리가 상당히 경계를 가지고 지켜봐야 될 것 같고, 대학원생이나 여러 교수님이 열심히 하는 방법밖에 없을 것 같습니다. 환경이 시시때때로 변하기 때문에 적응을 빨리해서 앞서 나가는 수밖에 없을 것 같습니다.



    9-1. 중국이 그렇게 급성장하게 된 그런 계기가 있나요?

     - 중국 같은 경우도 우리나라처럼 집중투자를 합니다. 예를 들면 중국도이차 전지 분야 같은 경우에는 우리가 하는 방식대로 중국 전역에서 몇십 개 대학 연구실을 선정해서 집중지원을 하고 있거든요. 우리나라는 아직 그 정도 까지는 아니지만, 과제 지원을 하면 거기서 우리가 경쟁해서 따오는 정도로 진행하고 있습니다. 전체적으로 보면 우리나라에서 정부나 기업체에서이차 전지 쪽에 지원을 상당히 많이 되고 있습니다. 그래서 앞으로는 저희가 중국을 아주 여유롭게 우리가 따돌릴 수 있다고 생각하는데 미국 같은 경우에는 원천기술 측면에서는 우리가 상당히 경쟁할 위치에 있는 것 같고요. 특히이차 전지 소재는 미국이 주로 원천기술을 많이 선도하고 있지만 한국에서도 점차 원천기술이 많이 나오고 있거든요. 그래서 대등적으로 갈 수 있으리라고 생각하고 있습니다.


    9-2. 지금 하고 계신 연구들도 많으시지만, 앞으로의 계획이 어떻게 되시는지 궁금합니다.

     -이차 전지 같은 경우에는 어떤 혹자는 “상품 나왔으니 끝난 거 아니냐?”라고 하시는데 그건 아니거든요. 상품이 나오면 예를 들면 한 시간 사용할 휴대전화가 아닌 10시간 휴대전화가 필요하고 전지가동차도 한번 충전하면 서울에서 부산까지 가는 정도로 필요하거든요. 그렇게 하려면 끊임없이 사용되는 재료들의 혁신이 계속 필요합니다. 그래서 저희도 혁신적인 재료개발에 매진할 계획입니다.


    10. 마지막으로 METRIC회원들이나 기계공학을 전공하는 학생들에게 한마디 부탁드립니다.

     - 요즘은 기계공학이라고 해도 다 융합이기 때문에 기계공학전공하는 학생들도 어느 정도 재료에 대한 컨셉이 있다고 생각됩니다. 그래서 이차 전지는 전지자체로 보면 재료, 화학, 화공만 들어가지만 전지뿐만 아니라 전지를 감싸고 있는 팩까지 다 생각하면 전자, 기계 다 필요합니다. 앞으로도 기계공학과에 있는 학생들도 이차 전지 쪽에 좀 더 관심을 두면서 전체적인 시스템이 어떻게 운영하는지 아는것도 상당히 중요합니다.  그래서 융합적인 측면에서 체크를 한다면 기계공학 전공하는 학생들도 상당히 도움이 되리라 생각합니다.

    * 각주1: 금속공기전지 [金屬空氣電池]- 음극에 철·아연·마그네슘·알루미늄 등을 사용하고, 양극에는 연료전지의 연구에 의하여 개발된 산소극(酸素極)과 같은 공기극(空氣極)을 사용한 전지를 말한다. 공기 중의 산소를 이용하므로 미리 산소를 넣지 않아도 되어서 가볍고 다른 극의 금속은 싼 물질들이므로 실용성이 높다. (출처: 네이버 백과사전)

     

    * 인터뷰 진행: 정민경 리포터
    * 촬영 및 편집 : 박수진 (     sujin@metric.or.kr )

     

μ ũ

 
ǥ
10
 9
 8
 7
 6
 5
 4
 3
 2
 1
ۼ
좋은 정보 얻었습니다 (10)(2015.01.15)
10   장수권  
이차 전지에 대해 개발 완료 후에도 그 이상을 위해 연구하시는 모습이 보기 좋습니다

ٷΰ޴