㈜에스제이신소재 전경

[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] ㈜에스제이신소재(사장 김흥철)는 전기차의 주행거리를 대폭 늘릴 수 있는 고용량 음극소재인 실리콘계열 소재의 내구성을 획기적으로 개선하는 합성기술을 확보했다고 18일 밝혔다. 2차전지산업의 실리콘음극재 기술을 한단계 발전시킨 핵심소재의 원천기술을 확보하게 된 것이다.

이 기술로 합성된 음극소재는 실리콘 입자 크기가 작고, 이를 둘러싼 실리콘카바이드가 실리콘을 보호하는 역할을 해 내구성이 뛰어나다.

신개념 '실리콘 카바이드계' 음극재 양산 합성 기술은 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 조재필 특훈교수팀이 개발해 이 회사에 기술이전하게 되었으며, 이것은 UNIST에서 기존에 기술이전 했던 '2차전지용 전극소재 기술실시계약서'와 연계해 ㈜에스제이신소재가 보유하고 있는 특허의 실질적인 검증이 된 것이다.

조교수팀의 합성기술은 입자크기를 1나노미터(10억분의 1미터) 이하로 줄일 수 있다. 비결은 기상증착과정(가스형태의 원료물질을 증착해 소재를 합성하는 방법) 중 핵 성장억제다. 음극재를 이루는 입자들은 씨앗 단계인 핵부터 핵에 원자들이 달라붙어 점점 커지는 성장 과정을 거쳐 하나의 입자로 완성된다. 이 때문에 핵은 많이 만들되, 핵 성장은 억제하면 입자를 작게 만들 수 있다는 것이다.

전기차가 한번 충전해 달리는 최대 거리는 탑재된 배터리 용량에 비례하는데, 이 음극소재는 상용 흑연소재 대비 최대 3배 이상 용량이 크다. 또 수백회의 충·방전 이후에도 소재가 손상되지 않는 등 고용량 음극 소재 상용화에 걸림돌인 내구성 문제를 해결했기 때문에 업계는 2차전지 음극재 기술 혁신에 파급효과가 클 것으로 내다보고 있다.

㈜에스제이신소재는 "실리콘 음극재 나노 입자를 만들기 위해 습식공정이나 기계적 파쇄공정 등이 보편적으로 쓰였지만, 이는 원가 상승 문제 뿐만 아니라 성능 개선에 한계가 있다"며 "이번에 개발된 합성 기술은 모든 공정이 건식공정이라 대량 생산이 쉽고 생산 비용절감 효과도 있을 것"으로 기대하고 있다.

이러한 우수한 특성을 갖는 음극 소재는 전기자동차(Evs)뿐만 아니라 고용량 에너지 저장시스템(ESS)에도 적용이 가능할 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 에너지 분야의 세계적인 학술지인 네이처 에너지(Nature Energy)에 2021년 12월 13일자로 공개됐다.

㈜에스제이신소재는 2차전지 친환경소재 전문기업으로 울산 반천일반산업단지에 본사를 두고, UNIST 내에 기술연구소를 두고 있다. 지난 2011년 UNIST로부터 2차전지 핵심소재의 원천기술인 고안정성 양극활물질 및 고용량 음극활물질 대량합성기술을 이전받아 2차전지 관련 40여건의 특허를 보유하고, 현재는 2차전지 음극재와 도전재 양산체제를 구축 중이다.

㈜에스제이신소재 김흥철 사장은 "울산과학기술원과 돈독한 산학협력으로 이뤄낸 성공적인 성과물로 상호협력을 통해 공동발전의 토대를 마련한 것”이라며, “앞으로도 회사는 경제 활성화와 고용창출 및 사회공헌 활동을 펼쳐 지역사회에 기여하고 기업의 사회적책임을 다하겠다"고 소회를 밝혔다.