- 에너지연, 열경화성 폐플라스틱으로 수소 원료 합성가스 제조하는 순산소 연소 기반 가스화 연속 공정 국내 최초 개발 - 공정에서 발생하는 ‘타르’ 획기적으로 저감, 상용 합성가스 요구 수준 대비 93.4% 줄여 - 파일럿 플랜트 실증으로 열경화성 혼합 폐플라스틱 1kg당 수소 0.13kg의 생산성 입증 ■ 한국에너지기술연구원(원장 이창근, 이하 ‘에너지연’) 에너지융합시스템연구단 조종표 박사 연구진이 국내 최초로 순산소 연소 기반의 연속식 공정을 활용해 재활용이 어려운 열경화성 혼합 폐플라스틱에서 고품질의 합성가스*를 생산하는 데 성공했다. * 합성가스: 일산화탄소(CO)와 수소(H2)로 주로 구성되며, 합성연료를 생산하는 원료 가스로 활용될 수 있고, 일산화탄소는 과열 증기와 촉매 화학반응을 통해 수소로 전환할 수 있음 □ 전 세계적인 기후 위기와 자원 고갈 문제가 대두되면서 폐플라스틱 재활용 기술이 주목받고 있다. 이에 글로벌 폐플라스틱 재활용 시장은 2023년 100조 원 규모에서 연평균 8.1% 성장해 2030년에는 173조 원에 이를 것으로 예측*된다. * 다시 불어올 폐기물 열풍, 폐플라스틱 재활용을 중심으로(2025.02, 삼정KPMG 경제연구원) □ 플라스틱은 열을 가하면 다시 원하는 모양으로 만들 수 있는 열가소성 플라스틱과 한번 굳어지면 분해하기 어려운 열경화성 플라스틱으로 나뉜다. 이 중 열경화성 플라스틱은 고온에 강하고 화학적 안정성이 높아 자동차, 전자제품에 쓰이는 플라스틱에 혼합된 형태로 활용된다. 그러나 초고온 환경에서만 분해할 수 있는 특성으로 인해 쓰이고 난 후에는 매립, 소각에 의존하고 있어 환경 오염의 주범으로 인식되고 있다. ■ 한국에너지기술연구원 조종표 박사 연구진은 열경화성 혼합 폐플라스틱을 수소 생산의 원료인 합성가스로 전환하는 순산소 연소 기반의 가스화 공정을 개발했다. 연구진은 국내 최초로 연속 운전이 가능한 공정을 구축해 공정 효율을 높이고 공정의 부산물인 타르를 상용 합성가스 요구 수준의 93.4%로 줄이는 데 성공했다. □ 연구진은 공기에 포함된 질소 성분을 제거해 열 손실을 최소화하는 순산소 연소 제어 기술과 가스화로 내부에 공급된 열이 외부로 빠져나가지 않도록 하는 축열식 용융로 기술을 적용해 1,300도에 이르는 고열을 지속 공급하는 체계를 마련했다. 이를 통해 원료 투입, 전처리, 가스화까지 이어지는 연속 공정을 구현하고 공정 효율을 극대화했다. □ 공정 중 발생하는 타르의 양도 획기적으로 줄였다. 공정의 부산물인 타르는 강한 점성으로 인해 공정 라인에 들러붙고 지속적인 운전을 방해한다. 이를 제대로 분해하기 위해서는 1,000도 이상의 열이 필요하지만, 일반 폐플라스틱 분해 공정에서는 800도 이내의 열을 활용하기 때문에 미분해된 타르가 다량 발생한다. 별도의 정제 장치를 구축해 타르를 제거할 수 있지만 그만큼 공정 비용은 비싸진다. □ 연구진은 연속 공정을 통해 초고온을 지속 유지함으로써 정제 장치 없이도 타르의 발생량을 0.66mg/Nm3(노멀 입방미터 당 밀리그램)으로 줄이는 데 성공했다. 이는 화학연료 합성 공정에 쓰이는 합성가스의 타르 농도 요구치보다 93.4%* 감소된 수치다. * Nm3: 0℃, 1기압 상태의 세제곱미터당 해당 기체의 부피를 나타내는 척도 * 타르 농도 측정 방식 : 대기오염공정시험기준(ES01505.1b, ES01501.1d, ES01511.1d, ES01502.1c)에 따른 시험 분석 결과(한국유로핀즈(주) 분석서비스 측정 결과) * 화학연료 합성을 위한 화학공정(피셔-트롭쉬 공정)에 사용돼 품질을 확보하기 위해서는 합성가스의 타르 농도를 10mg/Nm3 이내로 충족해야 함 □ 개발된 공정의 실증은 하루 1톤의 열경화성 혼합 폐플라스틱을 처리할 수 있는 파일럿 플랜트에서 진행됐으며 혼합 폐플라스틱 1kg당 수소 0.13kg의 생산 능력을 나타냈다. 이를 통해 연구진은 국내 특허 3건을 등록하고 해외 특허 1건을 출원해 상용화 기반을 마련했다. ■ 연구책임자인 조종표 박사는 “이번 성과는 국내 독자 기술만으로 가스화 공정의 효율을 크게 개선하고 타르 발생량을 획기적으로 낮춘 것에 큰 의미가 있다”며, “향후 공정 규모를 2톤급으로 격상하고 관련 연구를 지속해 상용화를 추진할 계획”이라고 밝혔다. □ 한편, 이번 연구는 환경부 폐플라스틱 활용 원료·연료화 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025-06-02- 에너지연, 하이 니켈 양극재에서 발생하는 잔류 리튬의 위치 재규명으로 기존 통념 깨트려 - 잔류 리튬 수치 54% 줄일 수 있는 양극재 설계 방안 제시 - 재료과학 분야 저명 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’ 표지 논문 선정 ■ 한국에너지기술연구원(원장 이창근, 이하 ‘에너지연’) 울산차세대전지연구개발센터 진우영, 차형연 연구팀이 차세대 전기차 배터리의 핵심 소재인 하이 니켈 양극재의 난제를 해결했다. 연구팀은 그간 하이 니켈 양극재의 고질적 문제로 지적됐던 잔류 리튬 화합물의 위치를 새로이 규명하고 잔류 리튬을 최소화하는 설계 방안을 제시했다. □ 하이 니켈계 양극재는 전기차 등에 활용되는 차세대 리튬 이온 배터리의 핵심 소재다. 양극재의 니켈 함량이 높을수록 전지의 에너지 밀도가 올라가고 전기차의 주행거리가 향상되는데 하이 니켈 양극재는 니켈 함량이 80%에 달해 차세대 전기차 시장의 핵심 기술로 주목받고 있다. □ 하지만 니켈 함량이 늘어날수록 양극재 표면에 잔류 리튬 화합물이 과도하게 생성되고 전극 원료가 젤리처럼 굳어지는 겔화* 현상이 일어난다. 이후 입자가 고르게 분포되지 않고 전극 물질 간 접착력도 20%가량 줄어들어 전극의 완성도와 성능 저하를 일으킨다. 특히 이미 상용화된 양극재에서도 동일한 문제가 발생하고 있어 안정적인 생산과 활용을 위한 해결 방안이 필요한 상황이다. * 슬러리 겔화(Slurry gelation) : 배터리 음극재나 양극재에서 용매에 분해된 고체 입자 혼합물의 점도가 비정상적으로 증가하여 젤처럼 굳는 현상을 의미. 슬러리 겔화가 발생하면 가공 불능 상태가 됨 □ 기존에는 잔류 리튬이 입자 표면에 존재한다고 판단해 표면을 증류수로 세정하는 수세 공정이나 외부를 코팅하는 방법을 활용했지만, 여전히 전지 성능 저하 문제는 해결되지 않았다. ■ 연구진은 기존 통념과 달리 잔류 리튬이 양극재 내부의 입자 사이에도 존재한다는 사실을 최초로 확인했다. 이를 통해 기존에 간과된 양극재 내부 구조가 배터리 성능과 수명 저하의 주요 요인 중 하나임을 규명하고 잔류 리튬 형성을 원천적으로 억제할 수 있는 설계 방향을 제안했다. □ 연구진은 고해상도 전자현미경, 질소 흡착 분석, 전자 에너지 손실 분광 등 최첨단 분석 기법을 활용해 양극재를 정밀 분석하고 입자 간의 미세한 틈에 잔류 리튬 화합물이 결정질 형태로 존재하며 성능 저하의 주된 원인 중 하나임을 확인했다. □ 이 결과를 토대로 양극재 내부의 잔류 리튬 형성 억제를 위한 단결정 구조의 고니켈 양극재의 활용을 제안했다. 단결정 구조는 내부 입자 간 경계가 없거나 매우 제한적이기 때문에 입자 간 틈이 발생하지 않고 잔류 리튬이 고체화될 수 있는 공간을 차단할 수 있기 때문이다. □ 연구진은 고니켈 단결정 양극재를 활용할 경우 기존 양극재보다 잔류 리튬 수치를 54% 낮출 수 있어, 산업계와 학계의 목표인 잔류 리튬 화합물 2,000ppm 이하 달성에 기여할 수 있을 것으로 전망했다. ■ 진우영, 차형연 박사 연구팀은 “이번 연구는 기존에 표면 중심으로 접근해 왔던 잔류 리튬 문제를 입자 내부 구조까지 확장해 정밀 분석한 최초의 사례”라며, “고니켈 양극재의 구조 안정성과 성능 열화를 근본적으로 이해하는 데 중요한 전환점을 제공한 것으로 양극재 설계와 공정에 반영되면 향후 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리 시장 확대에 큰 역할을 할 것”이라고 밝혔다. □ 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌 TOP 전략연구단 지원사업과 원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 재료과학 분야의 세계적인 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’(Journal of Materials Chemistry A, IF 10.7)의 2월호 표지 논문으로 선정됐다.
2025-05-27- 에너지연, 고체산화물 연료전지의 원자재 채취부터 생산까지 전주기 환경영향 평가 수행 - 18개 환경영향 지표 중 지구산성화, 해양 부영양화, 인체발암 독성에서 영향력 확인 - 환경공학 분야 국제 저명 학술지 ‘저널 오브 인바이러먼털 케미컬 엔지니어링’(Journal of Environmental Chemical Engineering‘, IF 7.4) 2월호 게재 ■ 한국에너지기술연구원(원장 이창근, 이하 ‘에너지연’) 울산차세대전지연구개발센터 강성민 박사 연구진이 고체산화물 연료전지의 전주기 환경영향을 정량적으로 분석하고 친환경 제작을 위한 기준 데이터를 제시했다. * 환경영향 : 어떤 활동이나 제품, 기술 등이 자연환경에 미치는 모든 영향. 지구온난화, 지구산성화, 생태독성, 인체 발암 독성, 해양 부영양화 등 여러 종류의 환경영향이 지수 형태로 표준화되어 있음 □ 고체산화물 연료전지는 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하는 장치로 발전 과정에서 탄소를 배출하지 않는 친환경 기술이다. 하지만 전지 생산 과정 중 토양 산성화 등을 유발하는 물질이 배출될 수 있어 궁극적인 친환경과 성공적인 산업화를 위해서는 전주기의 환경영향을 정확하게 평가하는 기준이 필요하다. □ 그러나 유럽 등 일부 지역에서 환경영향을 어떤 방식으로 실시해야 한다는 가이드라인 정도만 제공되고 있을 뿐 명확한 평가 기준과 규제가 마련되지 않았다. 또 상용화를 추진하는 기업으로서도 기준이 되는 데이터가 없어 개발한 제품의 환경적 장점을 강조할 수 없는 상황이다. ■ 이에 연구진은 최근 활발히 연구되고 있는 고체산화물 연료전지를 대상으로 원자재 채취부터 제작까지 전 과정에서 발생하는 환경영향을 분석해 문제가 되는 소재의 배출량을 정량화하는 데 성공했다. □ 고체산화물 연료전지는 연료전지의 셀을 지탱하고 안정성을 제공하는 지지체* 종류에 따라 크게 연료극지지형, 전해질지지형, 금속지지형으로 분류된다. 연구진은 1킬로와트(kW)의 출력 조건을 가진 세 분류의 연료전지를 단위 전지, 단위 전지를 묶은 스택 단위로 구분해 각각의 환경영향을 분석했다. * 지지체 : 연료전지의 셀의 구조를 물리적으로 지탱하고 열 및 압력 변화에 대한 안정성 제공 등의 역할을 함. 지지체의 종류에 따라 제작 에너지 소모 및 재활용성 등이 달라짐 □ 지구온난화, 오존 형성 등 환경영향 핵심 지표 18개를 평가한 결과, 고체산화물 연료전지 생산 시 대부분의 지표는 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 반면 지구산성화와 해양 부영양화, 인체 발암 독성의 3개 지표에서는 상당히 부정적인 영향을 미치는 것으로 분석됐다. □ 연구진은 이 결과*가 각 연료전지의 핵심 소재인 니켈, 이트리아 안정화 지르코니아, 스테인리스 스틸 사용에 기반한다고 밝혔다. 특히 현행과 같이 별도의 규제가 없는 경우 고체산화물 연료전지의 전면 상용화 시 대량 생산으로 인한 환경 문제가 야기될 것으로 전망했다. * 환경영향 분석 결과 - (1kW급 연료극지지형 스택) 토양산성화 가능성 높음. 핵심 소재인 니켈로 인한 산성화지수는 약 0.998kgSO2-eq로 확인(전해질지지형보다 37.75배, 금속지지형보다 75.5배 높은 수치) - (1kW급 전해질지지형 스택) 해수 부영양화 가능성 높음. 핵심 소재인 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 인한 부영양화 지수는 약 50.94gN-eq로 확인(연료극지지형의 32배, 금속지지형보다 647배 높은 수치) - (1kW급 금속지지형 스택) 인체 발암독성 가능성 높음. 핵심 소재인 스테인리스 스틸(STS)로 인한 발암독성 지수는 약 5.70kg1,4-DCB-eq로 확인(연료극지지형의 3.3배, 전해질지지형보다 14.6배 높은 수치) □ 이와 같은 환경영향을 최소화하기 위해 연구진은 니켈 생산 시 황산을 이용하지 않는 건식 야금공법, 스테인리스 스틸 생산 시 크롬을 회수하는 바이오 침출 공정 등 보다 친환경적인 핵심 소재 제작 기술을 제안했다. ■ 연구 책임자인 강성민 박사는 “이번 연구는 그간 고려되지 않은 고체산화물 연료전지 생산의 환경영향을 정량적으로 파악해 미래 친환경 연료전지 상용화를 위한 환경 기준을 제시한 것”이라며, “정부 차원에서는 환경영향을 고려한 규제를, 기업 차원에서는 핵심 소재에 따른 환경영향을 파악하고 대안을 찾는 설계가 가능해져 궁극적인 탄소중립과 수소경제 실현에 큰 역할을 할 것으로 전망된다”고 밝혔다. □ 한편, 이번 연구는 산업통상자원부 가상공학플랫폼구축사업의 지원을 받아 수행됐으며, 저명한 환경공학 분야 국제 학술지인 ‘저널 오브 인바이러먼털 케미컬 엔지니어링’(Journal of Environmental Chemical Engineering‘, IF 7.4) 2월호에 게재됐다.
2025-05-08단열, 창호, 보일러를 바꾸는 것만으로 한겨울 난방비 걱정을 덜 수 있을까? 생계를 이어가기 위해 노력하는 저소득층의 에너지 비용 부담을 줄여줄 방법은 없을까? 지난달 8일, 울산광역시 울주군 예담장애인주간보호센터에서 열린 ’e-안심하우스‘ 준공식은 저소득층의 에너지 효율개선사업이 실질적인 에너지 복지 수단으로 자리 잡고 있음을 보여줬다. ‘e-안심하우스‘는 발전소 주변 지역의 취약계층 가구를 대상으로 에너지 효율을 개선하는 사업이다. 한국에너지기술연구원을 비롯해 한국수력원자력, 한국에너지재단 등 3개 기관은 지난 2023년 업무협약을 체결하고, 저소득층 에너지 효율개선사업을 추진하고 있다. 2006년부터 시작된 이 사업은, 에너지 빈곤으로부터 사회적 취약계층을 보호하겠다는 정책적 목표 아래 추진 중이다. 2014년에는 저소득층 등 에너지 취약계층을 지원하기 위해 에너지 바우처 사업이 도입됐고 이후 다양한 장·단기 해결책이 마련돼 현재까지 운영되고 있다. 특히 최근 몇 년간은 기술 기반의 진단·시공 체계를 강화하며, 단열·창호·보일러 교체 등 직접적인 성능 개선과 함께 연간 난방 에너지 소요량 절감이라는 실질적 성과를 내고 있다. 2024~2025년 시행된 에너지 효율개선사업은 총 20억 원 규모로 13개 지역, 총 312곳(가구 298개, 복지시설 14개)을 대상으로 이뤄졌다. 기존 지원 대상인 취약계층뿐만 아니라 복지시설까지 대상을 넓히고 지원 범위를 지속 확대해 가는 추세다. 이 가운데 준공식을 개최한 예담장애인주간보호센터는 단열성능 강화와 고효율 보일러 설치를 통해 약 36.1%의 난방에너지 절감 효과를 기대할 수 있게 되었다. 이번 사업은 지원 대상 주택 및 시설에 대해 사전 진단을 실시하고, 시공 후 성능 변화를 정량적으로 분석함으로써 지원의 실효성과 투명성 확보에 초점을 맞췄다. 이를 통해 단순 보수 개념을 넘어, 정책 기반형 에너지 복지사업으로서의 체계를 갖추어가고 있다. 특히 본 사업의 수혜 가구 대상 조사 결과, 이전 대비 에너지 비용이 약 36.1% 절감된 것으로 확인돼 에너지 요금 인상이 반복되는 현실 속에서 소득 대비 에너지비용 비중을 줄이는 데 크게 기여한 것으로 나타났다.수혜자들도 확연한 변화를 체감하고 있다. “지난겨울, 전기장판 하나로 버텼는데 올해는 걱정이 없다”는 수혜자의 말처럼, 이 사업은 취약계층의 일상에서 ‘생존의 에너지’를 ‘생활의 에너지’로 바꾸는 전환점이 되고 있다. 정부 역시 2024년 ‘국가 에너지정책 방향’과 5차 에너지기본계획 등을 통해 ‘모두를 위한 에너지복지 실현’을 주요 과제로 제시하며, 건물 에너지 성능 개선을 통한 장기적 취약계층 보호에 무게를 두고 있다. 한편 사업을 함께 수행하고 있는 관계기관들은 향후 고효율 자재 적용, 전전화, 저탄소 시공 방식 등의 신기술 접목을 통해 2050 탄소중립 목표와의 연계성도 강화할 예정이다.기술이 따뜻해질 수 있다는 사실은, 정책이 누군가의 삶을 바꾼다는 믿음이 있을 때 가능해진다. 이번 준공은 그런 믿음 위에 세워진 하나의 작은 증거이며, 전국 곳곳에서 조용히 진행 중인 ‘에너지 복지 혁신’의 또 다른 시작점이기도 하다.*기사링크 : [IT과학칼럼] 저소득층 에너지 걱정 없는 따뜻한 집 - 헤럴드경제
2025-06-17"지구가 끓고 있다." UN 사무총장 안토니우 구테흐스는 2023년, "지구 온난화는 끝났고 이제는 지구 가열의 시대"라고 선언했다. 산업화 이전보다 세계 평균기온이 약 1.5도 상승했고, 이로 인한 이상기후와 식량 위기까지 인류의 삶이 점점 더 불안정해지고 있다. 지구를 뜨겁게 만드는 주범은 대기 중 이산화탄소(CO2)다. 이산화탄소는 온실효과를 일으켜 지구의 열을 가두는데, 인간 활동으로 그 농도가 과도하게 증가하면서 지구 가열 문제가 발생했다. 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 최악의 경우 2100년까지 지구 평균기온이 최대 4.4도 상승할 수 있다고 경고했다. 역사적으로 기온이 5도 이상 급격히 상승한 시기마다 대규모 생물 멸종이 있었다는 사실은, 현재 상황이 단순한 환경 문제가 아닌 생존의 위기임을 말해준다. 이를 막기 위한 전략이 '탄소중립'이다. 인간 활동에 의한 이산화탄소의 순배출량을 0으로 만들겠다는 목표이며, 이를 위해 에너지 시스템의 대전환이 필요하다. 그 핵심 기술 중 하나가 바로 수소(H2) 에너지다. 수소는 사용 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않아 수소차, 수소발전 등 다양한 분야에서 활용이 확대되고 있다. 그러나 실질적으로 지구를 식히기 위해서는 깨끗한 수소가 필요하다. 깨끗한 수소란 사용할 때뿐 아니라 생산하는 과정에서도 이산화탄소를 거의 배출하지 않는 것을 말한다. 대표적으로, 태양광이나 풍력 같은 재생에너지로 물(H2O)을 분해해 수소를 얻는 '그린수소'가 있다. 문제는 그린수소가 아직 매우 비싸다는 점이다. 전기 분해에 많은 전력이 필요한데, 재생에너지의 전기요금 자체가 높기 때문이다. 일부 보고서에 따르면 대규모 그린수소 생산 시 전기요금은 전체 비용의 80% 이상을 차지할 수 있으며, ㎾h당 50원 이하의 전기가 공급되지 않으면 경제성 확보가 어렵다는 분석도 있다. 이 한계를 극복하기 위해 '고온수전해' 기술이 주목받고 있다. 이 방식은 700-850도의 고온에서 물이 아닌 수증기를 전기로 분해해 수소를 생산한다. 이론적으로 온도가 높을수록 물 분해에 필요한 전기에너지가 줄어들어, 같은 양의 수소를 더 적은 전기로 만들 수 있다. 비유하자면, 전자레인지로 컵라면을 끓일 때 찬물보다 따뜻한 물을 사용하는 쪽이 전기를 덜 사용하는 것과 같은 원리다. 말 그대로 끓는 지구를 지키기 위해 끓는 물을 활용하는 것이다. 물론 이 열도 공짜는 아니다. 고온수전해가 경제성을 가지려면 버려지는 열을 재활용하거나, 기존 고온 열원을 수전해 장치와 연계해 부가가치를 극대화해야 한다. 결국 핵심은, 끓는 물을 만들되, 가능한 비용을 들이지 않고 만드는 것이다. 실제로 유럽과 미국은 1세대 고온수전해 기술을 바탕으로 한발 앞서 석유화학 공장, 제철소, 원자력 발전소의 열원을 활용한 실증 프로젝트를 활발히 추진 중이다. 상용화를 향한 글로벌 경쟁이 치열한 지금, 후발주자인 우리나라도 연구기관과 기업이 힘을 모아 2세대 기술을 중심의 '한국형 고온수전해' 개발에 속도를 내고 있다. 지금 이 순간에도 고온수전해 장치 안에서는 지구의 열기를 식히기 위해 조용히 물이 끓고 있다. 이 끓는 물이 지구의 미래를 바꾸는 시작이 되기를 바란다. 최윤석 한국에너지기술연구원 선임연구원*기사링크 : [생활속 과학이야기] 끓는 물로 끓는 지구 지키기! < 생활속 과학이야기 < 사외칼럼 < 오피니언 < 기사본문 - 대전일보
2025-06-09하이니켈 양극재 성능 저하 원인 내부 입자 사이 잔류리튬 축적 탓 우주·항공·미래 모빌리티에 활용 페로브스카이트 CIGS 태양전지 세계 최고 효율 달성…상용화 관심한국에너지기술연구원 차세대전지개발센터 연구팀이 하이니켈 양극재 성능 저하와 관련된 실험 결과를 분석하고 있다. /에너지연 제공 한국에너지기술연구원이 전기자동차 배터리(2차전지)의 핵심 소재인 하이니켈 양극재(양극활물질) 성능 저하 문제를 해결했다. 에너지연은 울산차세대전지연구개발센터 진우영·차형연 선임연구원 팀이 하이니켈 양극재의 고질적 문제였던 ‘잔류 리튬 화합물’의 위치를 새롭게 규명하고 잔류 리튬을 최소화하는 설계 방법을 제시했다고 26일 밝혔다. 하이니켈 양극재는 고성능 리튬이온 배터리의 핵심 소재다. 양극재 안에 들어간 니켈 함량이 많을수록 전지의 에너지 밀도가 높아지고 전기차 주행거리가 길어진다. 하이니켈 양극재는 니켈 함량이 80%에 달한다. 전고체전지 연구로 확장 하지만 니켈 함량이 늘어날수록 양극재 표면에 잔류 리튬 화합물이 과도하게 생기면서 전극 원료가 젤리처럼 굳는 겔화 현상이 일어난다. 이렇게 되면 입자가 고르게 분포되지 않고 전극 물질 간 접착력이 줄어들어 전극의 성능이 떨어진다. 상용화된 양극재에서도 동일한 문제가 발생하고 있다. 양극재 표면의 잔류 리튬을 증류수로 씻어내거나 외부를 코팅하는 방법이 있지만 성능 저하 문제를 근본적으로 해결하는 데 한계가 있었다. 에너지연 연구팀은 잔류 리튬이 양극재 표면뿐 아니라 내부 입자 간 기공에서도 결정 상태로 존재한다는 사실을 처음 확인했다. 고해상도 전자현미경과 질소 흡착 분석, 전자에너지 손실 분광 등 첨단 분석 기법을 동원했다. 이 결과를 토대로 양극재 내부 잔류 리튬 형성을 막는 방법으로 단결정 구조의 하이니켈 양극재를 제안했다. 단결정 구조에선 입자 간 틈이 거의 없어 잔류 리튬의 응고를 차단하기 좋다. 이런 단결정 하이니켈 양극재를 사용하면 기존 양극재보다 잔류 리튬 화합물 수치를 기존보다 절반 이상 줄이면서 산업계와 학계의 목표인 2000ppm 이하로 유지할 수 있을 것으로 전망했다. 에너지연 관계자는 “하이니켈 양극재의 구조 안전성과 성능 열화를 이해하는 데 중요한 전환점을 제공한 연구”라며 “양극재 설계와 공정에 반영되면 고성능 리튬이온 배터리 시장 지배력 확대에 기여할 것”이라고 말했다. 이번 연구는 2차전지 양극재 분야의 권위자로 꼽히는 조재필 UNIST(울산과학기술원) 교수가 교신저자로 참여했다. 논문은 재료과학 분야 글로벌 학술지 ‘저널 오브 머티리얼스 케미스트리 에이’ 표지논문으로 실렸다. 연구비는 과학기술정보통신부의 ‘글로벌 톱 전략연구단’ 사업 지원을 받았다. 연구팀은 이번 연구 성과를 ‘배터리계 게임 체인저’로 불리는 전고체 전지 개발로 연결하고 있다. 잔류 리튬을 역으로 활용해 황화물계 전고체 전지의 고체전해질과 양극재 사이 계면 보호 역할을 하는 코팅층으로 바꾸는 역발상 연구다. 유연 박막 태양전지도 최고 효율 달성 에너지연은 앞서 페로브스카이트(P)·CIGS(구리 인듐 갈륨 셀레늄) 탠덤 태양전지의 효율을 세계 최고 수준으로 높이는 데 성공했다. 페로브스카이트는 빛을 효과적으로 흡수하는 차세대 태양전지 소재다. 탠덤은 서로 다른 셀을 쌓았다는 의미다. P·CIGS 탠덤 태양전지는 한화큐셀 등이 상용화를 추진 중인 페로브스카이트(P)·실리콘 탠덤 태양전지보다 가볍고 유연성이 좋다. P·CIGS 탠덤을 쓰면 P·실리콘 탠덤으로는 제작이 불가능한 초경량 유연 박막 태양전지를 만들 수 있다. 다만 P·CIGS 탠덤 태양전지는 증착 및 박막 공정에서 유리 기판 안에 있던 칼륨 등 알칼리 금속이 새어 나와 CIGS 광흡수층의 성능을 떨어뜨리는 문제가 있다. 에너지연 태양광연구단 정인영 선임연구원팀은 계산과학을 통해 유리기판 위 폴리이미드층이 이런 문제의 주범인 칼륨 확산을 억제하는 것을 확인했다. 이 구조를 P·CIGS 탠덤 태양전지에 적용해 광흡수층 결함을 최소화하는 데 성공했다. 이렇게 제작한 태양전지 효율은 23.64%로 기존에 알려진 P·CIGS 탠덤 태양전지 효율 18.1%보다 높았다. 연구팀은 이 전지의 내구성을 입증하기 위해 10만 회 이상 구부림 테스트를 했다. 10만 번 구부린 다음에도 초기 효율의 97.7%를 유지하는 것을 확인했다. 에너지연 관계자는 “이번에 개발한 전지의 무게당 출력비는 P·실리콘 탠덤 태양전지보다 10배가량 높아 초경량 모듈이 필요한 건물 곡면 외장재, 미래 모빌리티, 우주항공 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구성과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄’에 실렸다.*기사링크 : 에너지기술연구원, 2차전지 성능 저하 난제 풀었다 | 한국경제
2025-05-27□ 한국에너지기술연구원(원장 이창근)은 9월 6일(금) 연구원의 복합기술실험동 1층 세미나실에서 연구원 창립 47주년 기념식을 성황리에 개최했다. 기념식은 창립 47주년 기념 영상 상영, 유공자 공적 소개, 포상 수여식, 기념사 순으로 진행됐다. <!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]--> □ 포상 수여식에서는 총 50명의 직원이 국가과학기술연구회 이사장상, 우수직원상, BEST 신입직원상 등을 수상했다. 아울러 40년 근속자 등 장기 근속자의 공로를 치하하는 근속상 수상도 함께 진행됐다. □ 이어진 기념사에서 이창근 원장은 국가 수소 중점연구실 선정, 독일 프라운호퍼와의 MOU 체결 등 지난 1년간 연구원이 이룩해 온 굵직한 성과를 공유했다. 또 향후 연구원이 나아갈 방향과 추진 전략을 발표해 세계 최고의 에너지·환경 기술 전문 기관으로 우뚝 서기 위한 포부를 밝혔다.
2024-09-06- 6/14(금) 에너지연 대전 본원서 에너지연-로렌스 리버모어 국립연구소 간 탄소중립 핵심기술 연구협력 워크숍 개최- 미국 국립연구소와 기술, 관심 분야 협력점 모색을 통한 글로벌 파트너십 확대■ 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연’)은 6월 14일(금) 대전 본원에서 미국 로렌스리버모어 국립연구소*(이하 ‘LLNL’)와 수소, 이차전지, 탄소 포집·활용(CCU) 등 탄소중립 핵심기술전반에 대한 연구협력 워크숍을 개최했다.* 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory): 1931년 캘리포니아 대학교 물리학과 어니스트 로렌스가 주도하여 만든 방사선 연구소가 전신이며, 1952년에 로렌스 리버모어 국립연구소 개설- 물리학 분야에서 세계적 역량을 보유하고 있으며, 컴퓨터/바이오/환경·지구/에너지과학/에너지기술/일반과학을 담당하는 6개의 실험실로 구성[사진자료] 에너지연-LLNL 워크숍 단체사진(아래줄 왼쪽 두번째부터 LLNL Glenn Fox(글렌 폭스) 본부장, 에너지연 이창근 원장)□ 이번 LLNL과의 워크숍은 캠프데이비드 선언*으로 촉발된 국제공동연구 기회를 적극적으로 활용해 미국 국립연구소와의 국제협력 체계를 구축하고 연구 네트워크를 확산하고자 마련됐다.* 캠프데이비드 선언: 2023년 8월 18일 미국 캠프데이비드에서 개최된 한미일 정상회의. 정상회의에서 한미일은 전통 안보, 경제, 과학기술, 그리고 글로벌 이슈들에 대한 포괄적 협력을 추구하고, 이를 통해 더 나은 인도-태평양과 세계를 만들어나가기로 다짐■ 글렌 폭스(Glenn Fox) 본부장 등 10명의 연구진으로 구성된 LLNL 방문단과 에너지연 대표단은 워크숍에서 각 기관의 연구분야를 소개하는 한편, 공통 연구분야의 협력점을 모색하고 향후 확대 방안을 논의했다.□ 이날 양 기관은 각 기관의 연구분야 중 수소, 이차전지, 탄소 포집·전환, 에너지 소재 분야를 주 협력 분야로 정하고 세부 연구주제를 탐색하기 위한 후속 워크숍을 추진하기로 합의했다.■ 에너지연 이창근 원장은 “이번 워크숍은 에너지안보와 기후변화 대응기술 공동개발을 위한 국제협력의 귀한 출발점”이라며, “탄소중립 분야의 국제공동 연구 확대를 통해 세계 최고 수준의 연구성과를 도출할 수 있도록 노력하겠다.“고 밝혔다.[사진자료] 에너지연 이창근 원장이 인사말을 하고 있다□ LLNL 방문단 대표인 글렌 폭스(Glenn Fox) 본부장은 “한미 정부 간 과학기술외교 덕분에 한국의 기술 현황을 더욱 잘 이해할 수 있었다.”며, “이번 워크숍은 기후변화 대응 에너지기술 현황을 파악하고 서로 협력할 수 있는 부분을 탐색, 확장하는 첫 단추”라고 답했다.[사진자료] LLNL Glenn Fox(글렌 폭스) 본부장이 인사말을 하고 있다□ 한편, 양 기관은 이번 워크숍을 발판삼아 협력 사업의 구체화를 위해 미국 현지 워크숍과 함께 업무협약 체결을 추진해 에너지, 기후기술을 위한 글로벌 파트너십을 강화할 계획이다.
2024-06-17- 6월 4일(화) 대전 본원서 열린 ‘호라이즌 유럽’ 2차 설명회에 250여명 참석...뜨거운 관심보여- 비(非) 유럽 3번째, 아시아 최초 가입에 따라 이해 증진, 참여 활성화를 위한 가이드 제시■ 과학기술정보통신부(이하 ‘과기부’)와 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연’)이 6월 4일(화) 14시 에너지연 대전 본원 복합동 세미나실에서 호라이즌 유럽* 2차 설명회(이하 ‘설명회’)를 개최했다. * 호라이즌 유럽(Horizon Europe): 유럽연합이 2021~2027년 총 7년 간 955억 유로(약 140조원)를 지원하는 유럽연합 최대이자 세계 최대의 다자 간 연구혁신(R&I, Research and Innovation) 프로그램- 우리나라는 지난 3월 25일 호라이즌 유럽 준회원국 가입 협상을 완료해 협정 체결 절차가 차질 없이 진행되면 2025년부터 비유럽 지역 국가 중 뉴질랜드(2023년), 캐나다(2024년)에 이어 세 번째, 아시아 지역 최초로 호라이즌 유럽 준회원국이 될 예정[사진자료] 에너지연 대전 본원에서 호라이즌 유럽 2차 설명회가 개최됐다□ 호라이즌 유럽 설명회는 유럽연합(EU)의 최대 연구혁신 프로그램인 호라이즌 유럽에 대한 이해를 높이고, 국내 연구자들의 활발한 참여를 도모하기 위해 과학기술정보통신부와 한국연구재단 주관으로 마련됐다. 호라이즌 유럽은 2021년부터 2027년까지 총 955억 유로(약 140조 원)를 지원하는 대규모 연구혁신 프로그램으로, 우리나라는 2025년 1월부터 준회원국으로 가입할 예정이다.■ 이번 설명회에는 에너지연을 포함한 정부출연연구기관, 카이스트 등 주요 대학과 국제협력 담당자 등 250여 명이 참석해 호라이즌 유럽에 대한 뜨거운 관심을 나타냈다.□ 지난 16일 고려대학교에서 진행된 1차 설명회는 대학 연구자, 산학협력단 관계자를 중심으로 진행됐으며, 2차 설명회는 정부출연연구기관 연구자와 국제협력 담당자를 중심으로 개최됐다.□ 과기부 황성훈 국제협력관과 에너지연 이창근 원장은 각각 인사말과 개회사를 통해 설명회에 참석한 연구자들을 맞이했다. 이후 주한유럽연합대표부 김주영 과학관이 호라이즌 유럽의 목표와 구성, 예산을 발표했으며, 과기부 박석춘 사무관은 우리나라의 준회원국 가입 계획과 이에 따른 변화, 신청 절차 등을 안내해 프로그램에 대한 이해를 도왔다. 이어진 질의응답 시간에서는 프로그램 전반에 대한 다양한 해석과 질문이 제시돼 열기를 더했다.[사진자료] 에너지연 이창근 원장이 인사말을 하고 있다■ 과기부는 "이번 설명회는 호라이즌 유럽 준회원국 가입을 통해 얻을 수 있는 네트워크 확대 및 R&D 경쟁력 제고 등의 기대효과를 설명하고, 과학자들의 이해 증진 및 참여 활성화에 대한 가이드라인을 제시하는 자리이다.“라며, ”향후 지역별 순회 설명회를 통해 더 많은 연구자들이 호라이즌 유럽 프로그램에 참여할 수 있도록 지원하겠다."고 밝혔다.[사진자료] 과기부 황성훈 국제협력관이 설명회를 소개하고 있다□ 또한, 과기부는 올 8월까지 지역별 순회 설명회를 개최해 호라이즌 유럽에 대한 국내 연구자의 이해를 도울 예정이다. 구체적인 장소 및 일정은 추후 한국연구재단 누리집(https://nrf.re.kr)을 통해 공지된다.
2024-06-04KIER에서 소개하는 에너지 관련 카드뉴스!