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2024-11-25 (월)

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'리튬 이온 배터리' 단점 고가와 불안정성에 '고체 전해질' 주목

전기자동차부터 휴대폰, 가전제품까지 다양한 분야에서 활용되는 리튬 이온 배터리. 그러나 이 배터리의 높은 가격과 안정성 문제로 고체 전해질 배터리가 대안으로 급부상하고 있다. 현재 국내에서는 SK온이 주도하는 가운데, 세계적으로도 도요타 등 주요 기업들이 고체 전해질 배터리의 연구와 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 일본 도호쿠 대학의 연구팀은 이 분야의 연구에서 큰 진전을 이루며 주목받고 있다. 일본 에너지 전문 매체 '에너진'에 따르면, 도호쿠 대학 연구원들은 물리 화학분야 국제 저명 학술지인 '재료 화학(Chemistry of Materials)'에 고체 전해질의 구조가 배터리 성능에 어떤 영향을 주는지 예측 가능한 프레임워크를 공개했다. 고체 전해질(Solid Electrolyte)은 전기를 전도하는 역할을 유지하는 물질 중 하나다. 고체 전해질의 주요 특징은 리튬 이온 배터리의 액체 전해질에 비해 화학적 안정성이 탁월하다. 다시 말하면, 고체 전해질은 배터리의 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 역할을 하는 전해질을 고체 형태로 만든 것이다. 액체 전해질에 비해 고체 전해질은 화재 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격에도 강한 장점이 있다. 또한, 분리막이 필요 없어 배터리의 구조를 단순화하고, 에너지 밀도를 높일 수 있다. 고체 전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머계 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 황화물계 전해질은 리튬 이온 전도도가 높고, 전극과의 접촉면을 넓게 형성할 수 있는 특징이 있다. 산화물계 전해질은 리튬 이온 전도도는 낮지만, 전기화학적 안정성이 우수하다. 폴리머계 전해질은 기존 액체 전해질과 유사한 제조 공정과 비용 경쟁력을 가지고 있다. 하오 리(Hao Li) WPI-AIMR의 부교수는 "에너지 저장 장치의 개발은 지속 가능한 미래를 보장하는 데 필수"라며 "클로소형 2차 복합 수소화물(CTCH, 리튬 이온 기술을 대체할 고체 전해질)은 리튬 이온 기술의 안전성 및 에너지 밀도 한계를 극복할 수 있는 귀중한 대안"이라고 강조했다. 한편, SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동으로 새로운 고체 전해질 기술을 선보여 관심을 모았다. 이 연구 팀은 산화물계 고체 전해질 소재인 리튬·란타넘·지르코늄·산소(LLZO)의 첨가물질을 추가해 리튬이온전도도를 기존보다 무려 70% 개선한 것으로 알려졌다. 이러한 기술적 진보는 배터리의 화재 위험 감소와 용량 증대 효과가 있을 것으로 예상된다. 국내외 기업들도 전고체 배터리 시장에 본격 진출하고 있다. SK온과 함께 삼성SDI, LG에너지솔루션은 각각 연구와 개발에 나서고 있으며, 일본의 토요타와 중국의 칭다오에너지 역시 전고체 배터리 기술 개발에 힘쓰고 있다. SK온을 비롯해 삼성SDI는 지난 2022년 국내 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공했다. LG에너지솔루션은 오는 2026년 고분자계 전고체 배터리, 2023년 황화물계 전고체 배터리 양산을 목표로 연구를 진행 중이다. 일본 도요타는 전고체 배터리 관련 특허만 약 1000여개에 달할 만큼, 전고체 배터리 연구에 전념하고 있다. 중국에서는 칭다오에너지가 지난 2018년 100메가와트시 규모의 전고체 배터리 파일럿 생산 공장을 건설한 바 있다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용한 차세대 배터리로, 꿈의 배터리라고도 불린다. 고체 전해질은 전기차와 에너지 저장 분야의 향후 기술적 파장을 주도할 핵심 기술로 떠오르며, 그 가능성이 무궁무진함을 입증하고 있다.
- IT/바이오
2023-09-05
전기차 배터리 전문가, CATL 리튬인산철 배터리 급속 충전 이의 제기

중국 리튬 이온 배터리 전문 기업 CATL은 지난 8월 중순 세계 최초의 4C 초고속 충전 리튬 인산철 배터리인 '셴싱(Shenxing)'을 개발, '전기차 초고속 충전 시대'를 열었다고 발표했다. 세계 최대의 EV 배터리 제조업체인 CATL(Contemporary Amperex Technology Co.)은 '셴싱' 배터리가 10분 충전으로 전기 자동차에 약 400킬로미터(약 249마일)의 주행 거리를 제공할 수 있다고 주장했다. 그러나 4일(현지시간) 야후 뉴스에 따르면 배터리 기술 과학자 라치드 야자미(Rachid Yazami) 박사는 "전기차의 총 주행 거리로 환산되는 배터리의 사이클 수명, 극한 온도 성능, 안전성 및 비용과 같은 중요한 정보가 CATL의 주장에는 많이 누락되어 있다"며 CALT 주장에 이의를 제기했다. 1979~1980년에 리튬 그래핀 양극을 발명한 야자미 박사는 세계 최고의 배터리 기술 전문가 중 한명이다. 이 양극은 시장에 출시된 리튬 이온 배터리에서 가장 흔히 사용된다. 상업용 리튬 이온 시장은 2023년부터 2032년까지 1303억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 리튬인산철(LFP) 배터리의 장점 중 하나는 지속 가능한 청정 에너지 공급원이라는 점이다. 또한 다른 리튬 이온 배터리보다 비용 효율적이고 폭발 위험이 적어 안전하다. CATL은 이 배터리를 연말까지 대량 생산해 2024년 1분기까지 전기차에 탑재할 수 있을 것이라고 밝혔다. 이 회사는 "현재 급속 충전에 대한 불안감이 소비자들이 전기차로 전환하는 것을 막는 가장 큰 요인이 되고 있다"고 말했다. 미국에는 전기차 충전 인프라가 부족하기 때문에 주행 가능 거리는 전기차 소유자와 잠재적 구매자에게 중요한 요소다. 2022년 미국에서 판매되는 전기차의 평균 주행 거리는 291마일(약 470킬로미터)로 알려졌다. CATL은 셴싱의 '높은 에너지 밀도'로 인해 완전 충전 시 435마일(700킬로미터) 이상의 주행거리를 확보할 수 있다고 주장했다. 또한 CATL은 셴싱이 섭씨 -10도(화씨 14℉)에서 30분 만에 0%에서 80%까지 충전할 수 있다고 밝혔다. 더 레지스터는 "셴싱은 LFP 배터리로, 구형 전기차 리튬 배터리보다 과충전 허용 범위가 더 넓다" 면서 "또한 더 높은 온도에서 작동 할 수 있으며, 그 과정에서 더 많은 열이 발생하기 때문에 빠르게 충전하려는 경우 적합하다"고 전했다. 그러나 단점으로 "배터리가 최대 용량에 가까워질수록 충전 속도가 느려지고 추운 날씨도 충전을 지연시킬 수 있다"고 지적했다.
- 산업
2023-09-04
'최악의 실패작 톱10' 리스트에 구글·애플·MS·삼성이?

삼성이나 구글, 애플 등 세계적인 IT 기업들이 신제품을 공개하면 기대감이 높아지곤 한다. 하지만 성공을 위해선 실패가 수반되기 마련이다. 최근 모바일 산업뉴스 전문매체 XDA가 공개한 '최악의 실패작 TOP10' 리스트에 국내외 거대 IT 기업의 제품들이 포진되어 있어 관심을 모으고 있다. 구글의 '구글글래스(Google Glass)'는 기술의 한계와 비싼 가격 탓에 2015년 결국 시장에서 퇴출됐다. 구글글래스는 증강현실(AR) 꿈을 실현시킬 장치로 소개됐지만, 기술 한계와 제품 가격이 문제였다. 가격은 무려 1500달러(약 198만 원)로 매우 비싼데다가, 배터리 수명이 낮고 일부 기능도 의도한 대로 작동하지 않는 등 심각한 기술적 한계를 드러냈다. 구글은 마침내 2015년 시장에서 이 제품을 철수했다. 애플의 '애플뉴턴(Apple Newton)'은 필기 인식의 문제로 사용자들에게 큰 불만을 사게 됐다. 애플뉴턴은 지난 1993년 메시지패드(PDA)로 출시됐다. 메모를 작성하고 연락처와 일정을 저장하고 팩스를 보내는 등의 작업을 수행할 수 있는 혁신적 기능에도 불구하고, 사용자의 필기를 정확하게 인식하지 못하는 등 치명적인 단점을 드러냈다. 하지만 XDA는 "이 제품이 현대의 스마트폰, 태블릿의 길을 열었다"며 그 중요성을 언급했다. 마이크로소프트의 '윈도우비스타(Windows Vista)'는 초기 호환성 문제와 사용자 경험의 문제가 실패로 이어졌다. 윈도우비스타는 초기에 많은 어플리케이션과 하드웨어 장치 등과 호환되지 않았고, 새롭게 도입된 사용자 계정 제어(UAC)는 귀찮은 시스템으로 악명을 떨쳤다. 오히려 사용자 대부분이 '윈도우XP'에 만족하고 있었다는 것이 실패의 원인으로 지적됐다. 세계적인 스마트폰 제조사 삼성전자의 '갤럭시 노트7'은 배터리 폭발 사건으로 불명예를 안았다. 지난 2016년 여름에 탄생한 갤럭시 노트7은 출시한 지 1개월도 채 되지 않아 30대 이상이 폭발했다. 삼성 측은 노트7의 무료 반품을 실시했고, 미국연방항공청(FAA)도 이 제품의 사용을 금지하기에 이르렀다. XDA는 "그후 삼성전자는 노트7FE를 출시해 문제를 해결했으며, 예상치 못한 문제만 아니었다면 훌륭한 스마트폰이었다"는 긍정적인 평가도 덧붙였다. 블랙베리로 전세계 휴대폰 업계에 신선한 충격을 가했던 림(RIM)은 처음으로 터치스크린 '블랙베리스톰(BlackBerry Storm)'을 출시했다. 그러나 터치스크린인 슈어프레스(SurePress) 디스플레이는 타이핑 속도가 극도로 느린 탓에 소비자 불만이 컸다. 게다가 어플리케이션과 소프트웨어도 훌륭하지 못했다는 평가다. 이밖에 너무 늦게 출시돼 명성을 얻지 못한 휴대용 MP3인 '마이크로소프트준(Microsoft Zune)', 유명무실해진 애플의 소프트웨어 '아이튠즈핑(iTunes Ping)', 다루기 어려운 노키아의 모바일 게이밍 폰 '노키아 엔 게이지(N-Gage)', 품질이 낮은 디스플레이를 장착한 휴렛팩커드의 터치패드(HP TouchPad) 등도 최악의 실패작 리스트에 이름을 올렸다. 하지만 XDA는 "이러한 실패에도 불구하고 기술 산업은 항상 혁신하고 있다"며 "앞으로 10년 동안 더 많은 제품들이 나타날 것이며, 그 중 일부는 이 목록에 들어갈 수도 있을 것"이라고 말했다. 이처럼 실패는 불가피하지만 그 속에서 새로운 혁신과 기회를 찾아낼 수 있는 기업만이 미래를 이끌 것이다.
- 산업
2023-09-03
[퓨처 Eyes(1)] 가트너 선정, 미래를 바꾸는 7가지 기술

포커스온경제는 창간을 맞이하여 '퓨처 아이즈(Future Eyes)'를 통해 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다. [편집자 주] 오픈AI에서 출시한 생성형AI의 일종인 챗GPT는 지난해 11월까지 존재하지 않았다. 2009년 출시된 블록체인 기술을 바탕으로 하는 가상화폐 비트코인은 불과 14년 만에 전통 금융 기관이 인정하는 투자 자산으로 자리잡았다. 가상 현실(VR) 기반의 메타버스, 하늘을 나는 자동차(플라잉 카), 그리고 디지털 휴먼과 같은 혁신적인 기술들이 현실 세계로 빠르게 진출하며 사람들의 일상을 바꾸기 시작했다. 플라잉 카와 디지털 휴먼은 공통점이 거의 없어 보이지만, 이들은 미래를 예측하며 세상에 큰 변화를 가져올 기술 혁신으로 평가받고 있다. 미래를 전망하는 전문 매체 '가트너'는 2023년에서 2028년에 이르는 5년 사이에 주목해야 할 기술 혁신 7가지를 발표해 관심을 모으고 있다. 1. 메타버스 메타버스는 가상 또는 초월을 의미하는 '메타(meta)'와 '유니버스(universe)'의 합성어로, 현실과 연동된 가상의 세계를 가리킨다. 컴퓨터 그래픽, 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등의 첨단 기술로 구현된다. 메타버스는 현재 업무 환경을 재구성하고 있다. 이 디지털 세계는 사용자에게 몰입감 있는 경험을 제공하며, 재무모델부터 구매 및 판매, 조직의 운영 방식, 협업의 형태에 이르기까지 비즈니스의 다양한 영역에 변화를 가져오고 있다. 그러나 VR 기술이 미디어부터 업무 협업에 이르는 현실의 다양한 분야에 도전하면서 일부에서는 그 혁신적인 가능성에 대한 우려의 목소리도 높아지고 있다. IT 서비스 업체들은 이러한 VR의 잠재력을 실현하고 최대한 활용하기 위해, 고객들이 새로운 VR 환경에서의 업무 프로세스와 시스템을 재구성하고 최적화할 수 있도록 지원하는 다양한 컨설팅과 개발 제품을 선보이며 경쟁력을 강화하고 있다. 2. 플라잉 카, 곧 실현될 '미래의 교통수단' 영화에서나 볼 법했던 하늘을 나는 자동차 즉 플라잉 카가 현실로 다가오고 있다. 다양한 스타트업은 물론 대형 교통 관련 기관에서 이를 위한 연구와 시제품 개발에 속도를 내고 있다. 플라잉 카의 등장은 저고도 영공의 지형을 근본적으로 바꿀 전망이다. 이로 인해 지상 도로의 혼잡이 줄어들 것이며, 새로운 교통 패러다임이 형성될 것으로 예상된다. 플라잉 카가 가져올 간접적인 변화로는 △복잡해질 항공로에 따른 항공 교통 관제 시스템의 변화 △수직 도로가 도입될 도시 구조 △출퇴근 시간의 단축으로 교외 지역이 더 넓게 확장될 가능성 등이 대두되고 있다. 하지만 이런 혁신적인 변화를 위해서는 상당한 기술적 투자와 연구가 필요하다는 의견도 있다. 3. 디지털 휴먼, '가상과 현실의 경계' 허물다 '디지털 휴먼'이란 말 그대로 디지털로 재현된 인간의 모습과 행동을 의미한다. 이는 3D 가상 인간으로, 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅과 같은 첨단 기술의 결합으로 탄생했다. 최근 디지털 휴먼 기술은 기하급수적으로 발전하며 실제 인간과 더욱 닮아가고 있다. 사용자와의 상호작용이 간편하게 이루어지며, 다양한 서비스 문제 해결부터 즉각적인 고객 서비스 제공에 이르기까지 그 활용범위가 넓어지고 있다. 특히, 자연어 처리와 로봇 프로세스 자동화 도구와의 통합으로 디지털 휴먼은 더욱더 강력한 존재감을 발휘할 전망이다. 디지털 휴먼의 활용 가능성은 의사와의 상담, 세무사와의 면담, 뉴스 시청, 연례 업무 평가 등 일상에서 인간 간의 상호작용이 이루어지는 거의 모든 분야에서 그 잠재력을 발휘할 수 있을 것으로 전망된다. 4. 블록체인 기반 '분산형 자율 조직(DAO)' 블록체인은 암호화폐의 기술적 기반일 뿐만 아니라 다양한 분야의 혁신을 주도하는 핵심 기술로 부상했다. 특히 이 중심에서 '분산형 자율 조직(DAO)'이 주목받고 있다. 블록체인이란, 데이터를 '블록'이라는 작은 단위로 나누고 이를 전체 네트워크에 참여하는 사용자들과 공유하는 기술을 의미한다. 이로 인해 데이터 조작이 어렵게 되어 투명하고 안전한 거래 기록이 가능하다. 그 가능성은 암호화폐뿐만 아니라 음악, 보험, 정부, 게임 등 광범위한 영역으로 확장되고 있다. DAO는 블록체인 위에서 운영되는 디지털 조직이다. 기존의 인적 관리가 필요 없이 다른 DAO, 디지털 에이전트, 심지어 기업과도 자동으로 상호 작용을 이어간다. DAO는 게임, 투자, 수집, 소셜 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히 근로자들에게 오픈소스 스타일의 창작 활동으로 수익 창출의 새로운 기회를 제공한다. 이는 기존의 비즈니스 방식과 커뮤니케이션 구조에 변화를 가져올 것으로 보인다. 이러한 DAO의 접근방식은 고객의 다양한 요구에 빠르게 대응하려는 기업과 조직에게 큰 매력으로 작용하고 있다. 5. 무선충전 전기 자동차 전기 자동차(EV)는 최근 몇 년 동안 엄청난 속도로 성장해 전 세계 신차 판매량의 약 4.6%를 차지하고 있다. 하지만 충전 시설의 부족은 여전히 전기차 보급의 큰 장벽이다. 무선 충전 기술은 전기차가 도로에 설치된 코일이나 충전 상태가 좋은 다른 차량으로부터 전력을 공유받아 이동 중에도 충전할 수 있게 해준다. 이는 전기차의 운행 거리를 늘리고, 배터리 용량을 줄여 차량의 중량과 비용을 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 무선 충전 기술을 보급하기 위해서는 '스마트' 도로와 자동차 소프트웨어의 개선이 필요하다. 도로에는 전력을 공급하고 관리할 수 있는 코일과 센서가 설치되어야 하며, 자동차에는 무선 충전을 인식하고 조절할 수 있는 소프트웨어가 탑재되어야 한다. 6. 컴퓨팅 분야에서 실리콘 대체하는 그래핀(Graphene) 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 2차원 구조를 이룬 나노 소재로, 열과 전기를 매우 효율적으로 전도한다. 그래핀은 컴퓨팅 및 전자 기술을 향상시키기 위한 소재로서 많은 장점을 가지고 있다. 그래핀은 실리콘과 같은 기존 반도체 소재보다 저렴하고 성능이 뛰어나며, 무어의 법칙을 따르는 고밀도 집적 회로의 발전을 이끌 수 있다. 그래핀은 이미 투명전극과 에너지 저장소재 등의 분야에서 상용화 단계에 접어들었으며, 앞으로도 다양한 응용 분야에서 활용될 가능성이 높다. 이에 IT 및 비즈니스 컨설팅 회사의 총괄 관리자는 그래핀이 반도체 기술에 미칠 영향을 파악해야 한다. 또한 고객이 공급업체의 최신 기술을 평가하고 활용할 수 있도록 지원하는 것도 중요하다. 7. 일회용 기술로 교환 가능한 IT IT 분야에서는 컴포저블(composable)과 디스포저블(disposable)이라는 개념이 빠르게 부상하고 있다. 이는 기술 혁신을 가속화하고 사용자 수요를 충족하기 위해 기술을 서로 교체하거나 폐기할 수 있도록 하는 방식이다. 일회용 기술은 모든 기술에 영향을 미치지만, 특히 소비자나 고객의 요구에 따라 변화하는 기술에 적용될 수 있다. 일회용 기술은 제품과 서비스를 장기적으로 판매하고자 하는 모든 기술 공급업체에게도 영향을 준다. 복잡한 기술을 위한 비즈니스 모델이나 유지보수 비용 등이 변화할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 일회용 원심분리기는 바이오의약품 제조 과정에서 교차 오염을 예방하고, 에너지 사용을 줄이고, 공정 유연성을 갖출 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 이러한 일회용 원심분리기를 공급하는 업체는 장비의 설계, 제작, 배송, 폐기 등의 과정에서 새로운 비즈니스 모델을 개발해야 할 수 있다. 가트너는 미래의 가장 큰 디지털 혁신 중 일부는 오늘날에는 멀게만 느껴지거나 터무니없어 보이는 기술에서 비롯될 가능성이 높다고 전망했다. 벤 프링 가트너 부사장 겸 애널리스트는 "지각 변동은 하루 아침에 일어나지 않는다"면서 "초기 단계에서 혁신을 무시하면 일반적으로 혁신의 개발 주기 후반에 진입 비용이 더 많이 들기 때문에 전략적, 재정적, 존재론적으로 더 많은 비용이 든다"고 말했다.
- 포커스온
2023-09-01

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