리튬이온전지의 실리콘 단점을 그래핀으로 해결.
전기 통하는 잉크 재료로 기존 은 대신 그래핀 합성한 구리 이용.

한국전기연구원(KERI)은 전기재료연구본부의 ‘미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속·그래핀 복합전극 개발’ 성과가 ‘2022년 국가연구개발 우수성과 100선’에 선정됐다고 9일 밝혔다.특히 이 기술은 100선 중에서도 12개 성과만을 뽑는 최우수(기계·소재 부문) 성과에 선정됐다.

해당 성과는 ‘리튬이온전지용 고용량 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술’과 ‘전장부품용 저가형 구리·그래핀 복합 잉크 기술’ 등 두 가지로 구성돼 있다.

고용량 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술은 리튬이온전지의 차세대 음극 소재인 실리콘(Si)의 단점을 그래핀 도입으로 보완해 상용화 가능성을 크게 높였다는 평가를 받는다. 리튬이온전지는 친환경 전기차·선박·드론·로봇 등의 핵심 부품이다.

실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배 높고 충·방전 속도도 빠르다는 장점이 있지만, 충·방전때 300% 수준의 부피 팽창이 일어나고 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다.

전기연구원은 이런 문제를 해결하기 위해 전도성이 매우 우수하고 전기화학적으로도 안정된 그래핀을 실리콘과 복합화해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재를 제조했다.

전문가들은 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술을 전기차에 적용하면 배터리 성능을 높여 주행거리를 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 전망한다.

저가형 구리·그래핀 복합 잉크 기술은 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기의 부품 제조와 우리나라 소재·부품 산업 전방위에 활용되는 필수 소재다.

전기연구원은 이 잉크 재료로 기존에 쓰이던 은(Silver)의 10분의 1 가격 수준인 구리를 이용했다.

연구팀은 세계 최초로 자체 개발한 ‘액상합성법’을 통해 구리 표면에 그래핀을 효과적으로 합성해 구리의 산화 방지는 물론 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정기술을 확보했다.

전기연구원은 이 기술 개발로 수입을 대체하고 소재·부품의 자립화 기반을 구축할 수 있게 됐다고 밝혔다. 기존 고품질의 도전성 은(Silver) 잉크는 일본 등 수입 의존도가 95%에 이른다.

이건웅 전기연구원 전기재료연구본부장은 “전기연의 기술개발 성과는 미래 모빌리티 분야에서 중요한 전기 신소재·부품의 기술 자립 실현 뿐만 아니라 품질과 신뢰성까지 확보하는 데 크게 기여할 것”이라며 “국가연구개발 우수성과 100선 선정은 그동안 노력과 기술 가치를 인정받는 것이어서 매우 기쁘다”고 말했다.

이밖에도 전기연구원의 ‘방사선 암 치료용 선형가속기 및 마그네트론 기술’도 국가연구개발 우수성과 100선에 이름을 올렸다. 이 기술은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하고, 고에너지 방사선을 방사해 암을 치료하는 의료 핵심기술이다. 그동안 전량 수입에 의존했던 방사선 암 치료기 기술의 국산화를 실현한 성과로 주목을 받았다.

국가연구개발 우수성과 100선 국가 발전을 이끌어온 과학기술의 역할에 대해 국민 이해와 관심을 높이고 과학기술인들의 자긍심을 북돋우기 위해 2006년부터 시작해 해마다 선정한다.

선정된 성과에 대해서는 과학기술정보통신부 장관의 인증서와 현판이 수여되고 관련 규정에 따라 사업 및 기관 평가 등에서 가점을 준다.