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2024-11-25 (월)

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SK온, 미국산 천연흑연 확보로 IRA 대응력 강화

SK온이 미국산 천연 흑연을 확보하는 등 공급망 다각화를 통해 인플레이션 감축법(IRA) 대응력 강화에 나섰다. SK온은 12일 미국 음극재 파트너사인 웨스트워터 리소스(이하 웨스트워터)와 천연흑연 공급 계약을 체결했다고 발표했다. 웨스트워터는 2027∼2031년 동안 앨라배마주 켈린턴 소재 정제 공장에서 생산한 천연흑연을 SK온의 미국 공장에 공급할 예정이다. 이 계약은 개발 중인 소재가 특정 조건을 충족하면 사전 협의된 가격으로 구매하는 '조건부 오프 테이크' 계약으로, 북미 전동화 시장의 성장 속도에 따라 최대 3만4천t까지 구매 가능하다. 양사는 이번 계약을 통해 지난해 5월에 체결한 배터리 음극재 공동개발 협약에 이어 파트너십을 더욱 확대하게 됐다. 음극재는 전기화학적 재료 중 하나로서, 전지나 전자기기 등에서 음극(마이너스 극)의 역할을 하는 물질을 말한다. 전지에서 음극재는 전지의 음극에서 전자를 받아들이고, 전지에서 발생한 전기를 저장한다. 주로 사용되는 음극재로는 그래핀, 리튬, 코발트 등의 물질이 있다. 다시 말하면, 음극재는 양극재·분리막·전해질과 함께 리튬이온 배터리를 구성하는 4대 요소로, 배터리의 수명, 충전 속도 등을 좌우한다. 현재 전 세계 음극재 생산의 약 85%를 중국이 차지하고 있다. 반면, 양극재는 전기화학적 재료 중 양극(플러스 극)의 역할을 하는 물질을 가리킨다. 전지나 전자기기에서 양극재는 양극(플러스 극)에서 전자를 방출하고, 전지에서 전기를 생성하거나 사용한다. 양극재로는 주로 리튬이나 다른 금속 산화물이 사용된다. 웨스트워터는 2018년 흑연 업체를 인수한 뒤 배터리용 음극재 개발 기업으로 전환했다. 앨라배마주에서 1만7000ha(헥타르) 규모의 쿠사 흑연 매장 지대의 탐사와 채굴권을 갖고 있다. 현재 광산 근처에 올해 양산을 목표로 연산 7500t 규모의 흑연 정제 공장을 건설하고 있다. 양사는 웨스트워터에서 정제한 흑연을 사용하여 SK온이 개발 중인 배터리에 적용하고, 함께 성능을 개선할 계획이다. SK온은 이번 계약으로 음극재 원재료인 천연흑연을 구매하는 협력까지 확대됐으며, 이를 통해 IRA 대응 역량이 더욱 강화될 것이라고 말했다. IRA에 따르면 2025년부터 배터리에 들어가는 핵심광물을 외국우려기관(FEOC)에서 조달할 경우 미국에서 전기차 보조금을 받을 수 없다. 흑연은 음극재의 주요 소재로, 전 세계적으로 FEOC로 지정된 중국 기업에 의존하고 있는 상황이다. 그로 인해 배터리 산업은 새로운 기술 개발과 공급처 다변화를 위해 흑연의 FEOC 적용을 최소 2년간 유예할 것을 요구하고 있다. 한편, SK온은 음극재 공급망 다각화를 위해 2022년 호주의 시라와 천연흑연 수급을 위한 양해각서를 체결한 후, 지난해 1월에는 미국 우르빅스와 음극재 공동개발 협약을 체결했다. 양극재의 경우, 칠레 SQM과 호주의 레이크 리소스 및 글로벌 리튬과 연이어 계약을 체결하며 배터리 소재의 확보 역량을 강화하고 있다. SK온의 박종진 부사장은 "현지 유력 원소재 기업들과의 지속적인 협업을 통해 IRA에 적극적으로 대응할 것"이라고 말했다. 웨스트워터의 테렌스 크라이언 회장은 "글로벌 전기차 배터리 시장을 선도하는 SK온과의 협력에 기쁨을 느끼며, SK온의 공급망 강화를 지원하게 된 것에 만족스럽다"고 밝혔다.
- 산업
2024-02-12
5분 충전 EV 배터리, 전기차 대중화 앞당긴다

5분 만에 충전이 완료되는 전기자동차(EV) 배터리가 개발됐다. 미국 코넬 대학의 연구원들이 반복되는 '충전 및 방전' 주기를 통해 안정적인 성능을 제공하면서도 5분 이내에 충전할 수 있는 리튬 배터리를 개발했다고 미국 경제매체 패스트컴퍼니(fastcompany)가 지난 1월 25일(현지시간) 보도했다. 리튬이온 배터리는 가벼움, 높은 에너지 효율, 긴 수명 등의 특성으로 인해 전기 자동차에 광범위하게 적용되고 있다. 배터리의 충전 시간은 그 크기와 사용되는 충전기의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 급속 충전기를 사용하면 전기 자동차를 약 30분 내에 충전할 수 있는 반면, 가정용 '레벨 1' 충전기를 사용할 경우 충전 완료까지 40시간 이상이 소요될 수 있다. 전기자동차 충전 업체 그래비티(Gravity)는 자사의 충전기를 통해 약 200마일 주행 가능한 전기자동차를 단 5분 만에 충전할 수 있다고 주장했다. 그러나 모든 전기자동차가 이러한 고속 충전기의 전력을 처리할 수 있도록 설계된 것은 아니다. 그러나 리튬이온 배터리는 여러 장점에도 불구하고, 충전 시간이 길게 소요되며 전류 급증 처리의 제한점을 가지고 있다. 인듐 양극재 사용 연구팀은 터치스크린과 태양광 패널에 주로 사용되는 인듐이라는 금속이 배터리의 충전 속도와 저장 능력 향상에 기여할 수 있다는 것을 발견했다. 이들이 개발한 배터리는 인듐을 양극 재료로 사용한다. 이는 기존의 리튬이온 배터리 양극이 주로 구리 호일에 코팅된 흑연을 사용하는 것과 대비된다. 충전 시간이 단 5분으로 단축될 경우, 운전자는 한 번의 충전으로 전기 자동차가 얼마나 멀리 갈 수 있는지에 대한 우려를 덜게 된다. 5분 충전 EV 배터리 프로젝트를 주도한 코넬대 공과대학 학장이자 공과대 교수인 린든 아처(Lynden Archer)는 "전기 자동차 배터리를 단 5분 만에 충전할 수 있다면, 300마일 이상 주행 가능한 큰 배터리의 필요성이 감소하게 됨을 의미한다"고 설명했다. 그는 이는 비용 절감 및 전기 자동차의 보다 넓은 채택을 가능하게 하여, 전기 자동차 시장에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 강조했다. 인듐을 사용한 양극은 특정 단점도 가지고 있다. 인듐은 상대적으로 무거운 물질이며, 전기 자동차 제조업체들은 더 가벼운 소재를 선호한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 연구 개발은 미래에 더 많은 고속 충전 가능한 배터리의 개발로 이어질 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구팀은 인듐과 동일한 특성을 지니면서도 더 가벼운 금속을 찾을 가능성에 대해 말했다. 아처 교수는 특정 금속 합금이 연구 대상은 아니었지만, 원하는 특성을 지닌 재료가 존재할 수 있음을 시사했다. 그는 이를 통해 더 빠른 충전 속도를 달성하는 더 우수한 배터리 양극을 설계할 수 있는 일반적인 원리의 존재를 긍정적으로 평가했다. 아처의 발언은 기술의 발전 가능성을 강조하며, 최첨단 기술보다 더 우수한 성능을 달성할 수 있는 미래 배터리 기술에 대한 기대감을 나타낸다. 한편, 중국은 배터리 충전 기술의 발전보다는 배터리 교체 방식에 더 중점을 두고 있는 것으로 나타났다. 최근에는 세계에서 가장 큰 배터리 제조업체인 CATL이 중국 최대의 차량 공유 서비스 제공업체인 디디추싱과 함께 배터리 교체 기술에 관한 합작 벤처를 설립했다. 이 협력을 통해 교환소에서 단 5분 만에 배터리를 교체할 수 있는 시스템을 제공한다는 계획이다. 배터리 수명과 성능을 향상시키는 데는 기술적 개발뿐만 아니라, 일상적인 관리 방법도 중요하다. 배터리를 극단적인 고온이나 저온에 노출시키지 않는 것, 충전량을 20%에서 80% 사이로 유지하는 것, 그리고 느린 충전 속도를 선택하고 구속된 상태에서 주행하는 것이 배터리 상태를 유지하고 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있다고 알려져 있다. 이러한 관리 방법은 배터리의 효율적 사용과 지속 가능성을 높이는 데 기여할 수 있다.
- 산업
2024-02-01
미국-EU-중국, 첨단부품 등 공급망 갈등 올들어 더욱 심화 전망

미국 정부가 중국산 배터리 부품을 사용하는 전기차를 세액공제 대상에서 제외한다. 유럽연합(EU)도 연초 중국을 겨냥한 '핵심원자재법(CRAMA)'의 시행에 들어간다. 이에 따라 미국∙EU와 중국간 첨단부품과 원자재를 둘러싼 갈등이 올들어 더욱 악화할 것으로 예상된다. 1일(현지시간) 미국 정부는 새로운 전기차 배터리 조달 요건 지침을 발효했다. 올해 미국에서 전기차를 구매할 때 인플레이션감축법(IRA)에 따라 최대 7500달러(약 972만원) 세액공제 혜택을 받을 수 있는 전기차 차종은 19개다. 작년 연말까지는 총 43개 차종이 보조금을 받을 수 있었는데 절반 이하로 줄어든 것이다. 미국 재무부는 다만 일부 제조사가 적격 차량에 대한 정보를 아직 제출하지 않아 보조금 해당 차량 목록이 변경될 수도 있다고 밝혔다. 전기차 보조금 대상 차종이 확 줄어든 이유는 중국산 부품을 사용한 배터리 탓이다. 미국 정부는 배터리 부품과 니켈, 리튬 등 배터리 핵심 광물을 외국우려기업(FEOC)으로 분류된 기업에서 조달하지 않고, 북미에서 최종 조립한 전기차에 세액공제 혜택을 제공한다. 배터리 부품은 올해부터, 핵심 광물은 내년부터 해당 규정을 적용한다. 미국 정부는 지난달 중국에 있는 대다수 기업을 FEOC로 지정했다. 이에 중국산 배터리 부품을 사용하는 차종들이 보조금 목록에서 대거 제외된 것이다. 재무부는 "자동차 제조사들은 구매자들이 전기차 구매 세액공제를 받을 수 있도록 공급망을 조정하고, 동맹국들과 협력해 일자리와 투자를 미국으로 다시 가져오고 있다"고 밝혔다. EU도 연초부터 핵심 광물의 중국 의존도 줄이기에 나선다. EU는 27개국으로 구성된 이사회와 유럽 의회, 행정부 격인 EU 집행위 간 '핵심원자재법(CRMA)' 협상이 지난해 타결되면서 전기차 배터리 등에 필요한 원자재의 제3국 의존도를 낮추기로 했다. EU의 이같은 조치는 사실상 중국을 겨냥한 것이다. 세부적으로 2030년까지 EU 회원국은 핵심 원자재의 수입원을 다변화해 소비량의 65% 이상을 특정국에 의존하지 않도록 했다. 또 2030년까지 EU는 역내에서 핵심 원자재의 10%를 채굴하고 40%를 가공·처리하며 25%를 재활용한다는 목표도 세웠다. 특히 EU는 핵심 원자재에 '합성흑연'도 포함시켰다. 이는 중국의 흑연 수출통제에 대응하기 위한 조치다. 티에리 브르통 EU 집행위원은 "이러한 조치가 없다면 유럽은 (핵심 광물의) 공급 부족과 원치 않는 (중국에 대한) 종속에 빠질 위험이 있다"고 강조했다. 반면 중국은 지난해 반도체와 배터리 핵심 광물인 갈륨과 흑연을 수출 통제 대상에 올렸는데 올들어 미국과 EU의 규제조치에 대응해 품목을 더 늘릴 것으로 예상된다. 워싱터포스트(WP) 등 외신들은 "갈륨과 흑연 수출통제는 미국과의 경쟁에서 중국이 내놓은 가장 강력한 무기"라며 "화석연료를 끊고 녹색 일자리를 창출하려는 미국의 노력에 타격을 가할 수 있는 대응"이라고 평가했다. 실제 중국은 세계 최대 흑연 생산국이자 미국에 대한 최대 흑연 공급국이다. 미국은 전체 흑연 수입의 3분의 1을 중국에 의존한다. 한국과 일본은 흑연 수요의 90% 이상을 중국에 기대고 있다.
- 경제
2024-01-02
뉴질랜드 스타트업, 우드칩으로 전기차 배터리용 흑연 생산

뉴질랜드에 본사를 둔 한 스타트업이 우드칩을 사용하여 전기자동차(EV) 배터리에 사용할 수 있는 인조 흑연을 만들었다. 미국 매체 비즈니스인사이더(businessinsider)는 스타크업 카본스케이프(CarbonScape)가 목재 제조 폐기물을 가열해 대체 흑연을 생산한다고 보도했다. 이 업체는 탄소가 풍부한 재료인 바이오 숯을 만들기 위해 열분해로 알려진 공정을 통해 목재 제조 폐기물을 가열하여 대체 흑연을 생산하고, 그 다음 원료를 밀링해 흑연 형태로 변형시킨다. 회사는 이것을 "지속 가능한 옵션"이라고 말했다. 카본스케이프 이반 윌리엄스(Ivan Williams) CEO는 "우리의 임무는 배터리 산업의 탄소 배출을 줄이는 것"이라며 "이는 공급망 현지화를 포함한 다른 문제도 해결라는 데 도움이 된다"고 말했다. 흑연에 대한 대체 가능한 솔루션을 개발하는 것은 중국산 전기차(EV) 배터리에 대한 의존도를 줄이려는 서방 국가들에게 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 모건스탠리 애널리스트들은 7월 보고서에서 "현재 중국은 많은 전기차가 사용하는 리튬, 철, 인산염 등 LFP 배터리의 최대 생산국 중 하나"라며 "전기차 배터리 공급망의 최대 90%가 중국에 의존하고 있다"고 밝혔다. 중국은 이러한 공급망 지배력을 활용하여 경쟁사보다 배터리를 더 저렴하게 생산하고 결과적으로 더 낮은 가격으로 제공할 수 있다. 그러나, 최근 몇 년간 긴장된 미·중 관계로 인해 서방 국가들은 향후 공급망 중단을 피하기 위한 대안을 모색하고 있다. 미국에 진출한 한국 배터리 업체들은 더욱 타격을 받을 것으로 전망되고 있다. 한국무역협회의 ‘중국 흑연 수출 통제의 영향 및 대응 방안’ 보고서에 따르면, 중국은 첨단 반도체 제조 때 쓰는 갈륨·게르마늄 관련 품목의 수출을 지난 8월부터 통제한 데 이어 12월부터는 흑연 수출도 통제할 계획이다. 흑연은 전기차 배터리에 들어가는 음극재의 핵심 소재로 한국은 올해 1~9월 천연 흑연 제품의 중국 수입 의존도가 97.7%, 인조 흑연은 94.3%에 달하는 등, 사실상 전량을 중국에서 수입하고 있다고 봐도 과언이 아니다. 도원빈 무역협회 연구원은 "중국의 흑연 수출 통제 조치는 미국에 대한 보복성 조치로 해석되는데, 미·중 관계가 더욱 나빠지면 미국에 공장을 둔 우리 배터리 기업이 중국산 흑연을 들여오는 과정이 지연되거나 허가가 반려될 수 있다"고 우려했다. 카본스케이프의 아이디어가 수입을 대처할 수 있다는 주장에 설득력이 있어 보인다. 하지만, 일부 비평가들은 카본스케이프의 아이디어에 대해 의문을 제기했으며, 너무 많은 우드칩이 필요하고 흑연만큼 비용면에서 효율적이지 않다고 지적했다. 그럼에도 불구하고 뉴질랜드 스타트업은 글로벌 EV 생산이 확대됨에 따라 국제적인 주목을 받고 있다. 카본스케이프는 올해 초 유럽의 임산물 회사인 스토라 엔소(Stora Enso)로부터 1800만 달러(약 234억4500만원)의 자금을 확보해 유럽에 새로운 공급망을 열었기 때문이다. 로이터에 따르면 윌리엄스 장관은 "이번 투자는 글로벌 탈탄소화를 위한 배터리 소재의 지속 가능한 조달에 대한 강력한 지지를 표명한 것"이라고 말했다. 홍콩에 본사를 둔 배터리 제조업체인 암페렉스 테크놀로지(Amperex Technology )도 이 회사에 투자했다. 흑연은 미국과 유럽연합(EU)의 핵심 광물이며, 관계자들은 더 많은 현지 광산 생산을 장려하기를 희망하고 있다. 한편, 한국의 경우 중·장기적으로 모잠비크, 브라질, 일본 등으로 흑연 수입처를 다변화해야 하며, 배터리산업에서 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 음극재 기술을 개발해 공급망 리스크를 낮추는 것이 필요하다.
- 산업
2023-12-22
중국, 안보 우려로 반도체관련 희토류 등 가공기술 수출 금지

중국정부는 21일(현지시간) 희토류의 추출과 분리기술의 수출을 금지했다. 이날 로이터통신 등 외신들은 중국정부가 반도체 재료가 되는 갈륨∙게르마늄 등 희토류에 대한 수출규제에 이어 수출금지에 나선 것은 전략적 광물에서 지배적 지위를 유지하기 위한 조치로 보인다고 보도했다. 중국 상무부는 지난해 12월에 희토류의 가공기술에 대해 국가안전보장과 공공의 이익을 보호하기 위한 목적으로 한 '수출금지∙제한기술 목록'에 추가하는 방향으로 일반국민 의견을 모아왔다. 희토류 금속∙합금재료의 생산기술과 일부 희토류 자석 제조기술의 수출도 금지했다. 미국과 유럽국가들은 독자 희토류 가공산업을 진흥시키는데 힘을 쏟아왔다. 하지만 이번 금수조치는 전기자동차(EV)의 모터와 의료기기, 무기에 사용돼 중국이 사실상 독점상태에 있는 소위 ‘중희토류’에 대한 영향이 크게 미칠 것으로 판단된다. 컨설팅회사 벤치마크 미네랄 인텔리전시는 중국이 전세계 희토류 99.9%의 분리를 차지하고 있으며 미국과 유럽이 신설하고 있는 가공설비는 주로 네오디뮴과 프라세요디뮴 등 경희토류를 다루고 있다. 중국은 올해 8월에 반도체지료의 갈륨과 게르마늄의 수출규제를 도입했다. 12월 1일부터는 EV의 주요재료인 그라파이트(흑연) 제품의 일부도 수출 허가제를 적용했다. 미국 와이오밍주에서 희토류의 광산을 개발하는 아메리칸 레어 어스의 돈 슈월츠 최고경영자(CEO)는 "중국이 시장의 지배적입장의 유지를 밀어붙이고 있다"고 지적했다. 중국은 미국과 유럽의 희토류기업이 고전하고 있는 희토류 정제를 위한 용매추출 공정을 확립하고 있다. 다만 그 기술이 실제로 어느 정도 수출되고 있는지는 분명치 않다. 캐나다의 희토류기업 네오퍼포먼스머티리얼스의 전 CEO 콘스탄틴 칼야노포로스는 "중국정부가 몇년전부터 희토류기술의 수출을 제한해왔다"면서 "모두가 이미 알고 있는 사실이 정식으로 발표된 것 뿐"이라고 말했다.
- 산업
2023-12-22
반도체 '플러스수출' 전환에 11월 수출 7.8% 늘어⋯무역흑자 38억 달러

지난달 수출이 8% 가까이 늘어나며 10월에 이어 두 달째 증가세를 기록했다. 특히 우리나라 최대 수출 품목인 반도체 수출이 16개월 만에 플러스 전환에 성공했다. 산업통상자원부는 1일 '11월 수출입 동향'에서 수출액이 558억달러로 전년 대비 7.8% 늘었다고 밝혔다. 수출은 올해 최대 실적을 1개월 만에 경신하며 2개월 연속 수출 플러스를 달성했다. 수출 증가율도 지난해 7월 이후 최대치인 7.8%를 기록했다. 수출물량은 11월에도 증가세(4.6%)를 이어가며 2개월 연속 증가했다. 11월에는 15대 주력 수출품목 중 총 12개 품목 수출이 증가하며 올해 최대 수출플러스 품목 수를 경신했다. 특히 반도체가 12.9% 증가하며 지난해 8월 이후 16개월 만에 처음으로 플러스로 전환됐다. 석유화학(5.9%)과 바이오헬스(18.8%), 이차전지(23.4%)도 각각 18개월, 17개월, 8개월 만에 반등에 성공했다. 자동차(21.5%)는 17개월 연속, 일반기계(14.1%)는 8개월 연속, 가전(14.1%)은 6개월 연속, 선박(38.5%)·디스플레이(5.9%)는 4개월 연속 수출 플러스 흐름을 이어갔다. 지난달에는 주요 9대 수출시장 중 6개 시장에서 수출이 증가했다. 특히 우리 최대 수출시장인 대(對)중국 수출은 올해 최대 실적인 114억달러(-0.2%)를 기록하며 4개월 연속 100억달러 이상의 실적을 기록했다. 대미국 수출도 역대 최대 실적인 109억달러를 기록하며 4개월 연속 플러스를 달성했다. 미국 인플레이션 감축법(IRA) 등 통상현안에 적극적으로 대응한 결과 11월 대미국 전기차 수출도 올 3월 실적을 웃돌며 역대 최대 실적을 경신했다. 대아세안 수출은 98억달러를 기록하며, 2개월 연속 플러스를 이어나갔다. 대EU 수출도 55억달러를 달성하며 플러스로 전환됐다. 11월 수입은 원유(-2.7%)와 가스(-45.0%), 석탄(-40.0%) 등 에너지 수입이 감소(-22.2%)함에 따라 11.6% 감소했다. 지난달 무역수지는 최근 수출 개선 흐름에 힘입어 2021년 9월(42억8000만달러) 이후 26개월 만의 최대실적인 38억달러 흑자를 기록하며 올해 6월부터 6개월 연속 흑자기조를 이어갔다. 이에 지난달 우리나라 무역수지는 올해 최대 흑자규모인 38억 달러(4조9438억원)를 기록했다. 지난 6월 무역수지가 16개월 만에 반등에 성공한 이후, 6개월 연속 흑자를 이어가고 있다. 지난 2021년 9월(42억8000만 달러) 이후 26개월 만의 최대실적이다. 방문규 산업부 장관은 "11월에는 2개월 연속 수출 플러스, 6개월 연속 무역수지 흑자, 반도체 수출 플러스 전환 등 트리플 플러스를 달성하면서 수출 우상향 모멘텀이 더욱 확고해졌다"며 "이러한 수출 상승흐름이 연말을 지나 내년에도 이어져 우리 경제의 성장을 이끌 수 있도록 총력 지원하겠다"고 말했다. 정부는 수출 강화를 위한 금융·마케팅 지원을 강화하는 한편 중국의 흑연 수출통제 등 우리 수출에 부정적 영향이 우려되는 리스크 요인을 철저히 관리해나간다는 계획이다.
- 경제
2023-12-01
美 MIT, 연필심 흑연에서 5층 능면체 적층 그래핀 개발

미국 MIT의 물리학자들이 연필심에 사용되는 흑연, 즉 그래파이트에서 새로운 형태의 그래핀을 개발했다는 소식이 전해졌다. 이 그래핀은 흑연의 5층 능면체 구조를 적층하여 제작됐다. 흑연은 탄소로 구성된 광물로, 연필심의 주요 성분이다. MIT 뉴스에 따르면, 연구팀은 5개의 얇은 층을 특정 순서대로 쌓아 천연 흑연에서 볼 수 없었던 중요한 세 가지 특성을 지닌 새로운 재료를 만들어냈다. 이 연구를 이끈 물리학과 롱 주(Long Ju) 조교수는 "자연에는 놀라움이 많고, 특히 흑연에 많은 흥미로운 특성이 내장되어 있음을 발견했다"며, 이러한 다양한 특성을 지닌 재료를 찾는 것이 매우 드물다고 강조했다. 이 연구는 '네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)'에 게재됐다. 5층 능면체 적층 그래핀 개발 흑연은 그래핀으로 구성되는데, 그래핀은 벌집 구조와 유사한 육각형 형태로 배열된 단일 탄소 원자 층이다. 그래핀은 약 20년 전 처음 분리된 이후로 집중적인 연구 대상이 되었다. 대략 5년 전, MIT 팀을 포함한 연구자들은 그래핀 시트를 쌓고 서로 약간 비틀면 재료에 초전도성에서 자성에 이르기까지 새로운 특성을 부여할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 발견으로 '트위스트로닉스'라는 분야가 생겨났는데, 이는 2차원 격자 구조를 다양한 방식으로 겹쳐 나타나는 성질을 연구하는 것이다. 롱 주 조교수는 이번 그래핀 연구에서 "전혀 뒤틀림이 없는 특별한 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 전자들이 물질 내에서 서로 상호작용할 수 있도록 하는 것을 발견한 것. 이러한 현상은 '전자 상관관계'라고 알려져 있으며, 주 연구원은 이를 "이러한 모든 새로운 특성을 가능하게 하는 마법"이라고 표현했다. 벌크 흑연과 단일 시트의 그래핀은 이미 우수한 전기 전도체로 알려져 있지만, 이것이 전부는 아니다. 주의 연구팀이 분리한 '5층 능면체 적층 그래핀'이라 불리는 새로운 물질은 단순한 부품의 합보다 훨씬 더 큰 성질을 나타낸다. 이 물질을 분리하는 데 핵심적인 역할을 한 것은 나노스케일에서 중요한 특성을 빠르고 비교적 저렴하게 파악할 수 있는 2021년 MIT에서 주 연구원이 개발한 새로운 현미경 덕분이었다. 5층 능면체 적층 그래핀의 두께는 수십억 분의 1미터에 불과하다. '산란형 주사형 근접장 광학 현미경(s-SNOM)'으로 알려진 주 연구원이 개발한 현미경을 통해 과학자들은 특정한 능면체 적층 순서에서 5층 그래핀만을 식별하고 분리할 수 있었다. 주 연구원을 포함한 과학자들은 '능면체 적층'이라는 매우 정밀한 순서로 쌓인 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 주는 "5개 레이어(층)로 이루어진 구조에서는 10개 이상의 적층 순서가 가능하며, 능면체 적층은 그 중 하나"라고 설명했다. 연구팀은 이 5층 능면체 적층 그래핀을 질화붕소로 만든 '빵'으로 둘러싼 '샌드위치' 구조에 전극을 부착했다고 이해하기 쉽게 설명했다. 이를 통해 다양한 전압과 전류를 사용하여 시스템을 조절할 수 있었으며, 그 결과 전자의 수에 따라 세 가지 다른 현상이 나타나는 것을 발견했다. 이들은 이 물질이 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 보일 수 있다는 것을 발견했다. 위상학적 물질(토폴로지, topology)은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 움직일 수 있지만, 중앙을 통과하는 것은 허용하지 않는 특성을 갖는다. 위상학적 물질에서 전자는 중심부를 구성하는 중앙 분리대에 의해 분리되며, 물질의 가장자리를 따라 고속도로처럼 한 방향으로 이동한다. 이로 인해 위상학적 물질의 가장자리는 완벽한 도체 역할을 하고, 중심부는 절연체가 된다. 주와 그의 연구팀은 이 연구를 통해 "강력하게 상관된 위상물리학의 새로운 가능성을 탐구하기 위한 고도로 조정 가능한 플랫폼으로서 능면체 적층 다층 그래핀을 확립했다"고 결론지었다. 이는 위상물리학 분야에서 새로운 연구 방향을 제시하는 중요한 발견으로 여겨진다. 카이스트, '납작한 벨트형 그래핀 섬유' 개발 한편, 한국의 카이스트(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 지난 6월 그래핀의 기존 응용범위와 한계를 뛰어넘는 새로운 형태의 그래핀 섬유를 개발하는데 성공했다. 이 새로운 기술은 값싼 흑연을 사용하여 용액 공정을 통해 쉽게 얻을 수 있으며, 기존의 탄소섬유보다 저렴하면서도 유연성과 같은 차별화된 물리적 특성을 지니고 있어 경제적인 장점도 갖추고 있다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 이뤄진 2차원 물질(원자만큼 얇은 물질)이다. 이론적으로 강철보다 100배 강하고 열·전기 전도성이 뛰어나기 때문에 꿈의 신소재로 불린다. 김상욱 연구팀의 이번 성과가 높게 평가받는 이유는 100% 그래핀으로 이뤄진 섬유가 만들어지는 과정에서 스스로 납작해져서 벨트와 같은 단면을 형성하는 현상을 세계 최초로 발견했다는 점이다. 이 납작한 벨트형 그래핀 섬유는 내부에 적층된 그래핀의 배열이 우수해 섬유의 기계적 강도와 전기전도성이 크게 향상됐다는 평가다. 연구 결과, 이 섬유는 원형 단면을 갖는 일반 섬유에 비해 기계적 강도가 약 3.2배(320%), 전기전도성이 약 1.5배(152%) 향상된 것으로 나타났다. 해당 연구 논문은 그 성과를 인정받아 'ACS 센트럴 사이언스'의 7월호 표지에 게재됐다.
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2023-11-28
美 MIT 연구원, 흑연에서 금 생성 연구

꿈의 신소재로 불리는 그래핀. 전기전도성과 열전도성을 갖고 있으면서 강도가 높아 디스플레이나 에너지 재료로 사용되고 있다. 그런데 이 그래핀으로 금을 만드는 연구가 진행됐다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구팀이 특정 순서로 쌓인 5개의 초박편 조각을 분리해 흑연을 금으로 만들었다. 과학지 마이닝닷컴(mining.com)은 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 발표된 MIT 연구팀의 금 생성 과정을 최근 소개했다. 연구에 따르면 생성된 물질이 이전까지 자연 흑연에서 볼 수 없었던 세 가지 중요한 특성을 나타내도록 조정될 수 있다. 흑연은 벌집 구조와 유사한 육각형으로 배열된 단일 탄소 원자층인 그래핀(탄소 동소체 중 하나)으로 구성된다. 약 20년 전에 처음 분리된 이후로 그래핀은 강력한 연구 대상이 되었다. 특히, 약 5년 전 연구자들은 그래핀 시트를 서로 약간의 각도로 비틀어 쌓음으로써, 재료에 초전도성에서 자성에 이르는 새로운 특성을 부여할 수 있다는 사실을 발견했다. 이러한 연구는 '트위스트로닉스' 분야의 탄생으로 이어졌다. MIT의 수석 연구원 롱 주(Long Ju)는 이 연구에 대해 언급하면서, "전혀 비틀지 않아도 흥미로운 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정한 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 물질 내부를 돌아다니는 전자들이 서로 상호작용할 수 있게 한다는 것을 발견했다. 이러한 전자 상관관계(electron correlation) 현상은 새로운 재료 특성을 가능하게 하는 '마법'으로 묘사된다. 단순한 대량의 흑연이나 심지어 단일 그래핀 층은 기본적으로 우수한 전기 전도체에 불과하다. 주 연구원 팀이 분리한 이 재료는 몇십 나노미터 두께밖에 안 되지만, 그 부분들의 합보다 훨씬 더 많은 역할을 수행한다. 연구팀은 '능면체 적층(rhombohedral stacking)'으로 알려진 특정한 순서로 적층된 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 연구원은 이에 대해, "5개의 층을 쌓을 때 가능한 순서는 10가지 이상이 있으며, 능면체 적층은 그 중 하나에 불과하다"라고 언급했다. 주 연구원이 2021년에 개발한 특별한 현미경은 나노 규모에서 재료의 다양하고 중요한 특성을 신속하고 상대적으로 저렴한 비용으로 결정하고 분리하는 데 사용됐다. 이 현미경의 도움을 받아, 연구팀은 보론 질화물로 만들어진 '빵'과 같은 구조의 작은 샌드위치에 전극을 부착했고, 이는 펜타레이어(5층) 마름모형으로 쌓인 그래핀의 연약한 '육질(meat)' 부분을 보호한다. 이 전극을 활용해 시스템에 다양한 전압이나 전기량을 적용할 때, 전자 수에 따라 세 가지 다른 현상이 관찰됐다. 주 연구원은 "우리는 재료가 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 가질 수 있음을 발견했다"고 말했다. 위상학적 성질은 도체와 절연체 둘 다와 어느 정도 관련이 있는 특성이다. 기본적으로, 위상학적 물질은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 이동할 수 있게 하지만, 물질의 중간을 통과하는 것은 허용하지 않는다. 이러한 전자들은 재료의 가장자리를 따라 한 방향으로만 이동하며, 물질의 중앙을 가로지르는 중심선에 의해 중간 부분과 구분된다. 결과적으로 위상학적 재료의 가장자리는 완벽한 전도체 역할을 하고, 중앙 부분은 절연체로 작용한다. 롱 주의 연구팀은 "우리의 연구는 마름모형으로 쌓인 다층 그래핀을 사용하여, 위상학적 물리와 관련된 새로운 가능성을 탐구하기 위한 높은 조절 가능성을 가진 플랫폼으로 확립한다"고 말했다.
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2023-11-10
리튬이온 전지, 저온 합성법 리튬 세라믹 개발

리튬이온 배터리는 에너지 저장장치의 최정점에 서 있지만, 고비용과 화재 위험이 단점으로 지적된다. 특히 원자재 가격의 상승이 이어지면서, 보다 경제적이고 효율적인 리튬이온배터리의 연구개발이 가속화되고 있다. 과학기술·의학전문 매체 '사이언스엑스(Science X)'는 최근 화학 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)'에 게재된 고체 전해질 역할을 대신할 수 있는 경제적인 저온 합성법 리튬 세라믹 개발 소식을 전했다. 이 연구는 전기자동차의 배터리 개발에 있어서 큰 전환점이 될 것으로 보이며, 기존의 문제점들을 해결하는 데 일조할 것으로 보인다. 전기 자동차용 배터리 개발을 좌우하는 두 가지 요소는 차량 범위를 결정하는 '전력'과 '비용'으로, 이는 내연기관과의 경쟁에서 매우 중요하다. 미국 에너지부는 2030년까지 전기자동차의 배터리 생산 비용을 절감하고, 에너지 밀도를 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 내연기관 차량에서 전기 차량으로의 전환이 가속화될 것으로 전망되고 있다. 그러나 기존의 리튬이온 배터리만으로는 이 목표를 달성하기 어려울 것으로 보인다. 훨씬 더 작고, 더 가볍고, 강력하며 안전한 배터리를 제작하기 위한 새로운 접근 방식은 흑연 대신 금속 리튬을 사용한 양극 고체 셀을 사용하는 것이다. LLZO합성법 혁신 LLZO를 사용한 리튬이온 배터리 제조 과정에서는 일반적으로 이 물질을 1050°C 이상에서 음극과 함께 소결하여 급속한 리튬 전도성 입방 결정상을 형성하고, 전극에 강력하게 결합시켜야 한다. 그러나 600°C 이상의 고온 조건은 지속 가능한 저코발트 또는 무코발트 양극재의 안정성을 해치며, 생산비용과 에너지 소비 또한 상승시킨다. 이런 문제점을 해결하고자, 보다 경제적이며 지속 가능한 새로운 리튬이온 배터리 생산 방법의 필요성이 대두됐다. 이러한 배경 속에서 미국 케임브리지 MIT와 독일 뮌헨 TU의 연구팀이 새로운 합성 공정을 선보였다. 제니퍼 엘엠 루프(Jennifer LM Rupp) 박사가 이끄는 이 팀은 세라믹 전구체 화합물을 기반으로 하지 않는 새로운 방법을 개발했다. 이 공정은 LLZO를 형성하기 위해 순차적 분해 합성을 통해 직접 치밀화하는 액체 공정을 사용한다. 이를 통해 기존 방법보다 낮은 온도에서도 효율적으로 LLZO를 합성할 수 있게 되어, 생산 과정에서의 에너지 소비와 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 루프 박사와 그의 연구팀은 LLZO의 무정형 형태에서 결정질 형태(cLLZO)로의 다단계 상변환을 분석하기 위해 다양한 방법(라만 분광법, 동적 시차 주사 열량계 등)을 활용했다. 이를 통해 시간-온도-변환 다이어그램을 제작하며, 합성 경로의 조건을 최적화하는데 성공했다. 500도 이하에서 합성 성공 연구팀은 이러한 분석을 바탕으로 500°C라는 상대적으로 낮은 온도에서 10시간 동안 어닐링 과정을 거친 후, cLLZO를 조밀하고 견고한 필름 형태로 만드는 새로운 기술을 선보였다. 이 최적화된 합성 방법을 통해 미래의 배터리 설계에서는 코발트와 같은 사회 경제적으로 중요한 자원을 사용하지 않아도 되며, 지속 가능한 음극과 고체 LLZO 전해질을 통합할 수 있게 됐다. 연구팀은 최근의 연구 성과를 바탕으로 "전고체 배터리의 상용화가 한 걸음 더 가까워졌다"며 "앞으로의 연구를 통해 리튬 세라믹의 성능을 더욱 향상시키고, 다양한 종류의 전고체 배터리에 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편, 한국원자력연구원 창업기업 내일테크놀로지는 나노 신소재를 이용하여 리튬이온전지의 성능과 안정성을 향상시키는 새로운 기술을 선보였다. 질화붕소 나노튜브(BNNT)를 활용한 이 기술은, 900도 이상의 고온에서도 안정성을 유지하며, 화학적 반응성이 낮은 것이 특징이다. 내일테크놀로지의 이러한 기술은 배터리 제작 공정에 무리 없이 적용될 수 있으며, 배터리의 출력과 용량, 충전과 방전, 그리고 안전성 등 전반적인 성능 향상에 기여할 것으로 예상된다. 이로써, 배터리 관련 기술 분야에서의 혁신과 더불어 에너지 저장장치의 성능 향상이 기대된다.
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2023-11-01
무역협회 "中 흑연 수출통제, 미국 진출 한국 배터리사 영향" 우려

중국이 전기차 배터리 음극재 핵심 소재인 흑연 수출 통제를 선언한 가운데 미국에 진출한 한국 배터리 업체 공장이 중국에서 흑연을 들여오는 데 차질을 빚을 수도 있다는 우려가 제기됐다. 한국무역협회는 30일 '중국 흑연 수출 통제의 영향 및 대응 방안' 보고서를 발간, 수출 통제가 본격 시행되는 12월을 전후로 중국의 흑연 수출 물량이 잠시 줄 수 있다고 내다봤다. 그러나 무역협회는 3개월 안에 수출이 전반적으로 정상화될 것이라고 전망하기도 했다. 무역협회는 "대중국 흑연 수입 의존도가 높은 만큼 중국의 흑연 수출 통제가 시행되면 일시적으로는 수급에 차질이 발생할 수 있겠으나 과거 사례로 보면 약 3개월가량 지난 시점에서 수출 재개가 가능해질 것으로 예상한다"고 밝혔다. 올해 1∼9월 기준 우리나라의 흑연 제품 대중국 수입 의존도는 천연 흑연이 97.7%, 인조 흑연은 무려 94.3%를 차지했다. 무역협회는 보고서에서 중국이 과거 흑연 수출 통제를 시행한 2006년 9월의 사례를 분석했다. 당시 9월과 10월 중국의 흑연 수출이 전년 동기 대비 각각 24.4%, 4.8% 감소했지만 3개월 뒤인 11월부터는 다시 수출이 정상화됐다. 중국은 2006년 일부 흑연 제품의 수출을 허가 방식으로 바꾸는 수출 통제에 들어가면서 2∼3개월가량 수출 지체 현상이 나타났지만 이후 다시 수출이 재개됐다는 분석이다. 중국 정부는 작년 12월 '수출 금지·제한 기술 목록' 개정안을 발표하면서 희토류 자석 제조 기술을 수출 규제 대상 목록에 추가해 희토류 기술 통제 범위를 확대했다. 더불어 중국은 지난 20일 이차전지 음극재 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高) 민감성 흑연을 수출 통제 대상에 포함시켜 국내외 관련 업계를 긴장시켰다. 중국 상무부와 해관총서(세관)가 발표한 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'에 따르면 수출 통제는 올해 12월 1일부터 적용된다. 공고에 따르면 기존 수출 통제 대상이던 인조흑연뿐만 아니라 이차전지 음극재용 고순도 천연흑연 등을 통제 대상에 새롭게 포함시켰다. 다만 중국의 이번 흑연 수출 통제 목록 추가는 미중 갈등 속에서 미국을 향한 경고성 조치라는 분석이 나와 미중 전략 경쟁이 본격화하기 전인 2006년 중국의 첫 흑연 수출 통제 사례와 단순 비교는 맞지 않는다는 지적도 있다. 게다가 중국은 지난 8월부터 첨단 반도체 제조에 쓰이는 갈륨·게르마늄 관련 품목의 수출을 통제한 데 이어 이번에 흑연 수출 통제까지 강화한 것을 두고 미중 갈등 속에 산업용 핵심 광물을 '무기화'하려는 의도로 풀이된다. 도원빈 무역협회 연구원은 "이번 중국의 수출 통제 조치는 미국에 대한 보복성 조치로 해석되는 만큼 향후 미·중 관계가 악화할 경우 미국에 공장을 둔 우리 배터리 기업으로의 수출 허가가 지연·반려될 가능성도 있다"고 말했다. 도 연구원은 중국 의존도를 완화하기 위해 "중·장기적으로 모잠비크, 브라질, 일본 등으로 흑연 수입선을 다변화하고, 배터리 산업에서 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 음극재 기술을 개발해 공급망 리스크를 낮추는 것이 필요하다"고 지적했다.
- 산업
2023-10-30
전기차 핵심 소재 '희토류 영구자석' 국내 생산…성림첨단산업 공장 준공

전기자동차 구동모터의 핵심 소재인 희토류 영구자석이 이제 국내에서 생산된다. 산업통상자원부는 27일 전기차 구동모터 핵심 부품인 네오디뮴계 희토류 영구자석을 생산하는 성림첨단산업의 대구 현풍 공장이 이날 준공돼 네오디뮴 영구자석이 국내에서 처음 생산된다고 밝혔다. 희토류의 일종인 네오디뮴은 강력한 자력을 지녀 모터 제품의 소형화, 경량화, 고효율화를 구현하는 데 필수 소재로 쓰인다. 네오디뮴 자석은 현재 알려진 것 중에서 가장 강한 영구자석이다. 전기차의 80% 이상이 모터에 네오디뮴을 주축으로 한 희토류 영구자석을 사용한다. 통상적으로 전기차 1대의 구동모터에 네오디뮴이 약 1.6㎏ 사용된다. 한국은 그동안 전기차 모터를 만드는 네오디뮴 영구자석을 중국에 거의 전적으로 의존해왔다. 중국은 작년 세계 희토류 영구자석의 94%를 생산했고, 한국은 수요의 90% 이상을 중국에서 수입했다. 정부와 업계는 절대적이던 네오디뮴 영구자석 중국 의존도가 낮아지면서 전기차 공급망이 강화되는 계기가 될 것으로 기대하고 있다. 성림첨단산업의 새 공장은 앞으로 연간 1000t의 네오디뮴 영구자석을 생산할 예정이다. 이는 전기차 약 50만대에 사용될 수 있는 양이다. 지난해 국내 전기차 생산량은 35만대 수준이다. 전기차 생산이 급증하는 추세를 감안해도 앞으로 희토류 영구자석 자급 효과가 상당히 클 것으로 기대된다. 미중 갈등 속에서 중국은 희토류 영구자석 등 각종 자원을 무기화하겠다는 의도를 종종 드러내고 있다. 중국 정부는 작년 12월 '수출 금지·제한 기술 목록' 개정안을 발표하면서 희토류 자석 제조 기술을 수출 규제 대상 목록에 추가해 희토류 기술 통제 범위를 확대했다. 미국 정부는 지난 17일(현지시간) 중국에 수출할 수 있는 첨단 반도체의 범위를 줄이는 추가 제한 조치를 발표, 중국에 대한 인공지능(AI) 칩과 반도체의 수출 규제를 더욱 강화했다. 그러자 중국은 3일 후인 지난 20일 이차전지 음극재 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高) 민감성 흑연을 수출 통제 대상에 포함시켜 국내외 관련 업계를 긴장시켰다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 올해 12월 1일부터 적용된다. 한국으로서는 배터리 소재용 핵심 광물부터 첨단산업에 쓰이는 다양한 소재와 부품의 자급화와 다변화 노력이 시급한 상황이다 한편, 성림첨단산업은 희토류 영구자석을 만드는 원료인 네오디뮴 원료의 수급선도 중국에서 호주, 베트남 등으로 다변화해 내년부터 중국 외 지역에서도 네오디뮴을 들여오는 방안을 추진하고 있다. 정부는 성림첨단산업을 '유턴 기업'으로 지정해 116억원의 보조금을 지급하는 등 영구자석 자립화 측면 지원에 나섰다. 앞서 정부는 대구를 미래차 전기차 모터 소부장(소재·부품·장비) 특화 단지로 지정해 영구자석에서부터 구동모터, 구동모듈로 이어지는 전기차 모터 산업의 완결된 공급망 구축을 유도하고 있다. 장영진 산업부 1차관은 이날 준공식에 참석해 "글로벌 공급망 교란이 상시화되면서 주요 품목에 대한 국내 공급망 안정화가 중요하다"며 "소부장 특화 단지가 국내 공급망 안정화과 내재화에 구심점이 될 수 있도록 정부는 전폭적으로 지원할 계획"이라고 밝다.
- 경제
2023-10-27
중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견

배터리 산업에 혁신을 가져올 수 있는 새 희토류가 중국에서 발견됐다. 중국 내몽골의 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 새로운 갈색 흑색 광석 '니오보바오타이트'를 찾아냈다. 영국 매체 테크라운드 최신호는 이 광석에는 희토류 니오븀(Niobium)이 풍부하게 함유되어 있다며 니오븀은 전자 제품, 비행기 제조, 배터리 등에 사용되는 중요한 금속이라고 전했다. 연구에 따르면, 니오븀은 배터리의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 배터리에 니오븀을 주입하면 기존의 리튬 이온 변형에 비해 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있다. 싱가포르 국립대학교의 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto) 교수는 "중국은 이 니오븀의 양과 질에 따라 자급자족 할 수 있다"고 말했다. 브라질, 니오븀 공급 지배 브라질은 글로벌 기준에서 니오븀의 세계 최대 공급 국가이며, 캐나다가 그 뒤를 잇고 있다. 브라질에서는 브라질 금속광산회사(CBMM)가 다양한 기관과 공동으로 리튬 배터리에 니오븀을 적용시키기 위해 대학과 연구센터, 배터리 제조업체 등과 협력하고 있다. 스웨덴에서도 최근 니오븀을 포함한 희토류 1백만 톤 이상이 발견되어 유럽에서 가장 큰 매장량을 자랑하고 있다. 희토류 원소는 전기자동차와 풍력 터빈을 비롯해 미사일 유도 시스템이나 레이더 시스템과 같은 방위 장비에 이르기까지 다양한 제품을 제조하는 데 없어서는 안 될 필수 요소이다. 희토류 발견의 의의 새로운 희토류 발견은 중요한 역할을 한다. 니오븀과 다른 희토류 원소는 전자 제품과 기술 발전에 필수적이며, 제품의 강도 향상과 전자기기 배터리의 효율적인 충전을 촉진한다. 이러한 원소들은 다양한 분야에서 사용되므로, 세계 여러 국가는 외부 공급 의존도를 줄이고, 안정된 신뢰할 수 있는 공급망을 유지하기 위해 자국 내 새로운 희토류 원천을 찾는 것을 중요시한다. 중국은 세계 희토류 원소의 60%를 공급하며 상당한 광물 가공 능력을 갖추고 있어, 많은 국가들이 필수 무역 파트너로 여기고 있다. 예를 들어, EU는 청정 에너지로의 전환과 관련한 중요 광물을 얻기 위해 중국에 98% 의존하고 있다. 특정 국가 의존도 해소가 관건 우리나라는 희토류의 자급률이 낮아 대부분 수입에 의존하고 있다. 산업통산자원부에 따르면 희토류 수입의존도가 니오븀 베트남 91%, 마그네슘 중국 84%, 텡스텐 중국 65%, 기타 희토류 중국 50% 순으로 확인됐다. 희토류의 가격이 상승하면 배터리 생산 비용이 증가하여 배터리 가격이 상승할 수 있다. 이는 전기차의 가격 상승으로 이어져 전기차 보급에 걸림돌이 될 수 있다. 중국이 희토류 물질의 수출을 제한할 경우 우리나라 반도체와 배터리 산업은 큰 타격을 입을 수 있다. 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 노용호 국민의힘 의원은 지난 10일 "특정 국가 의존도가 높은 코발트와 리튬, 니켈, 망간 등 이차전지 원료를 비롯해 첨단산업에 필수적인 광물 공급망을 다각화하고 분산화해야 한다"고 말했다. 중국, 흑연 수출 통제 한편, 중국 정부는 이차전지 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高)민감성 흑연을 수출 통제 대상으로 분류했다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 2023년 12월1일부터 적용된다. 수출 통제 대상이 된 품목은 고순도(순도 99.9% 초과), 고강도(인장강도 30Mpa 초과), 고밀도(밀도 ㎤당 1.73ｇ 초과) 인조흑연 재료와 제품, 그리고 구상흑연과 팽창흑연 등 천연 인상흑연과 제품이다. 중국 상무부 대변인은 이날 홈페이지에서 "기존에 임시 통제됐던 구상흑연 등 고민감성 흑연 품목 3종을 이중용도 품목(민간 용도로 생산됐으나 군수 용도로 전환 가능한 물자) 통제 리스트에 포함시켰다"고 밝혔다. 흑연은 이차전지 음극재 원료로 중국 의존도가 높은 한국에도 파장이 우려된다. 산업통상자원부에 따르면 한국은 2021년 기준 인조흑연의 87%, 천연흑연의 72%를 중국에서 수입했다. 앞서 중국은 지난 8월 첨단 반도체 제조에 쓰이는 갈륨과 게르마늄 관련 품목의 수출을 통제한 데 이어 흑연까지 제한해 자원을 무기화 하는 게 아니냐는 우려가 현실로 나타나고 있다.
- 생활경제
2023-10-20
독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발

독일의 스타트업이 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 신형 고체 전지의 개발에 성공해, 상용화를 앞두고 있다. 스페인 에너지 전문 매체 '리뉴어블 에너지 매거진'에 따르면, 독일 HPB(High Performance Battery)의 귄터 햄비처 박사 연구팀이 세계 최초의 시리즈 생산용 고체 전지를 선보였다. 이번 고체 전지 개발은 배터리 및 에너지 저장 분야에서 높은 성과를 거두며, 가정용부터 산업용, 자동차 산업에 이르기까지 광범위한 분야에 적용될 전망이다. 특히 HPB의 고체 전지는 기존 리튬이온 배터리보다 월등한 성능을 자랑한다. 내구성 면에서도 1250회 충전이 가능한 리튬이온 배터리에 비해, 이 신형 고체 전지는 최소 1만2500회의 충전이 가능하며, 불연성이라는 높은 안전성도 갖췄다. 또한, 환경 친화적인 면에서도 기존 기술에 비해 50% 이상 우수한 성능을 보이고 있어 에너지 및 이동성 분야에서 '녹색 혁명'을 주도할 기술로 평가받고 있다. HPB 고체 전해질은 현재 널리 사용되고 있는 액체 전해질에 비해 뛰어난 전도성이 특징으로, 이는 전지 셀에서 사용 가능한 전력에 큰 영향을 준다. 실제로, 영하 40°C에서도 HPB 고체 전해질은 기존 액체 전해질이 영상 60°C에서 보이는 최적의 전도성보다도 더 높은 성능을 나타냈다. 자동차 산업에 적용될 고성능 충전식 배터리 개발을 위해 HPB는 이 고체 전해질을 활용한다. 이로 인해 극한의 낮은 온도 환경에서도 배터리가 안정적으로 작동할 수 있으며, 따라서 겨울철에 배터리를 예열하는 작업이 필요 없게 되었다. 또한, HPB 고체 배터리의 수명이 더 길어져 교체 주기가 늘어나 원자재 소비도 줄어든다. 사용되는 주요 원자재들은 전 세계적으로 안정적으로 확보가 가능해, 현존하는 지정학적 의존성 문제도 해결할 수 있을 것으로 보인다. 플래시 배터리 테크(Flash Battery Tech)는 "최근 고체 전지 연구 결과, 현재 리튬 이온 기술보다 2-2.5배 더 높은 에너지 밀도를 가진 것으로 확인되었다"고 밝혔다. 그는 "이러한 고체 배터리의 도입은 더 가볍고 컴팩트한 배터리를 가능하게 해, 전기자동차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있다"고 덧붙였다. 기술의 실제 적용을 통해 그 효과를 확실히 알 수 있을 것으로 보인다. 이론적으로, 54Kwh의 전기자동차(EV) 배터리 용량이 108-135Kwh로 증가할 경우, 한 번의 완전 충전으로 64만4805km(40만500마일)를 주행할 수 있을 것으로 예상된다. HPB의 세바스찬 하인즈(Sebastian Heinz) CEO는 "우리 기술은 단순히 배터리 기술의 새로운 장을 여는 것이 아니라, 전세계적인 에너지 전환과 기후 보호에도 중요한 역할을 하고 있다"며, "독일과 유럽, 인도 등 여러 국가에서 이미 우리 기술에 큰 관심을 보이고 있으며, 스위스에서는 이 기술을 활용한 기가팩토리 설립도 계획 중에 있다"고 설명했다. 한편, 한국에서도 전고체 배터리 분야에서 주목할 만한 성과가 나왔다. 김현우 한국기초과학지원연구원(KBSI) 선임연구원과 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수가 이끄는 팀은 산화물 기반 'LATP' 고체 전해질막을 개발했다. 이 전해질막은 높은 온도에서 소멸하는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 사용하여 만들어졌으며, 이를 통해 상업적으로 사용될 수 있을 만큼 충분한 이온 전도도를 가지고 있다. 또한, 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 한국전자통신연구원(ETRI)의 연구팀은 흑연-실리콘 기반의 전극에 사전 리튬화 기술을 도입하여, 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진 전고체 전지용 전극을 개발했다. 이로 인해 전극의 초기 충방전 효율이 개선되었으며, 전기화학적 성능도 향상됐다. 특히, 리튬화 과정에서 일어나는 전극의 부피 팽창이 약 40% 감소하여, 전극의 수명이 더욱 연장되었다는 결과가 나왔다.
- 산업
2023-10-19
리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세

중국의 리튬이온 배터리(LIB) 관련 기술이 날로 발전하고 있다. 게다가 폐배터리 재활용 연구도 활발해 제조와 생산에 이어 재활용까지 명실상부한 배터리 산업 세계 1위 종주국 자존심을 지키려 애쓰는 모습이 역력하다. 최근 널리 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 모바일, 태블릿을 비롯해 전기자동차 등 다양한 분야에 쓰이고 있다. 현존하는 배터리 제품 중 에너지 저장능력이 탁월하다는 장점 등으로 그 수요가 증가하고 있다. 하지만, 리튬 가격 상승과 자원 고갈 문제, 독성 물질을 함유한 방전 배터리 처리 문제 등이 수면 위로 떠오르면서 리튬이온 배터리 재활용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 미국 산업 매체 오일프라이스(Oilprice)는 리튬이온 배터리의 재활용은 높은 품질의 리튬을 회수하기 복합하고 비용이 많이 들기 때문에, 대부분의 재활용 공정은 양극에서 리튬을 추출하는데 중점을 두고 있다고 지적했다. 리튬이온 배터리를 재활용하는 것은 매우 까다로운 공정이다. 다시 사용할 수 있을 만큼 높은 품질의 리튬을 회수하는 것은 복잡하고 비용이 많이 들어간다. 중국과학원(ICCAS) 화학연구소와 중국과학원(UCAS) 대학의 위궈궈(Yu-Guo Guo)와 칭하이 멍(Qinghai Meng)이 이끄는 연구팀은 리튬이온 배터리를 재활용 하는 대체 방법을 개발했다. 이 연구팀은 물 대신에 양극에서 리튬을 회수하기 위해 비양성자성 유기 용액을 사용했다. 양성자성 물질은 수소 이온을 방출할 수 없으므로 수소 가스가 생성되지 않는다. 대부분의 재활용 공정은 음극(방전된 배터리의 리튬 대부분이 위치한 곳)에서 리튬을 추출하는 것을 목표로 한다. 그러나 리튬은 음극에 포함된 다른 금속과 함께 침전되기 쉬워 분리하는데 까다로운 작업이 수반되기 마련이다. 주로 흑연(graphite)으로 이뤄진 양극에서 리튬 추출은 훨씬 효율적이며 배터리 방전 없이 수행할 수 있다. 그러나 수용액으로 침출되면 화재와 폭발 위험도 높다. 또 이러한 반응은 많은 양의 에너지를 방출하고 수소를 생성할 수 있다. 이에 연구팀은 양극에서 리튬을 회수하기 위해 물 대신 유기 용매를 사용했다. 유기 용매 물질은 수소 이온을 방출할 수 없어, 수소 가스가 생성되지 않는다. 이 용매는 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 에테르를 포함한다. 특정 PAH는 양극의 양성 리튬 이온과 전자 하나를 함께 흡수할 수 있으며, 온화한 조건에서 이 환원 반응은 효과적으로 제어고 매우 효율적이라는 설명이다. 또 연구팀은 PAH 피렌(네 개의 벤젠 고리로 된 여러 고리 방향족 탄화수소)을 테트라에틸렌글리콜디메틸 에테르와 함께 사용하면 양극에서 활성 리튬을 거의 완전히 용해 시킬 수 있었다고 부연했다. 추가로, 얻어진 리튬-PAH 용액은 새로운 양극에 리튬을 추가하거나 전처리 또는 사용된 양극을 재생하는 데 사용될 수 있다. PAH 용매 시스템은 처리되는 물질에 최적화하기 위해 다양하게 조절될 수 있다. PAH는 석탄, 기름, 가스, 쓰레기, 담배, 고기나 기타 물질이 연소될 때 형성되는 화학물질의 한 종류다. 오일프라이스는 "중국의 새로운 리튬 회수 공정은 효율적이고 비용이 저렴하며 안전 위험을 낮추고, 폐기물을 방지하며 리튬이온 배터리의 지속 가능한 재활용에 대한 새로운 전망을 열어준다"며 "아마도 전 세계 해변과 폐기물에 있는 수백만 개의 배터리를 재활용하는 해결책일 수 있다"고 평했다. 그러나 가장 큰 문제가 아직 남아있다. 재활용을 위해서는 먼저 배터리를 회수해야 한다. 어떤 공정을 사용하더라도 배터리를 수거하지 않으면 재활용 자체가 불가능하다. 게다가 화학 물질 사용도 문제다. 대부분의 사람들은 자신의 동네에 불쾌한 화학 물질이 들어오는 것을 원하지 않기 때문이다. PAH와 에테르를 포함한 것은 가스 밀폐 시설이 필요하며 원격 제어 기능이 반드시 필요하다. 한편, 오리온 마켓 리서치(Orion Market Research)에 따르면, 세계의 리튬이온 배터리 재활용 시장은 2022년~2028년까지 약 18.5% 성장할 것으로 예상하고 있다. 리튬이온 배터리 가격 하락에 의한 사용량 증가와 폐기물 처리에 대한 우려, 그리고 정부 정책 등이 재활용을 견인할 것으로 보여진다. 또한 LG에너지솔루션 자료에 따르면 세계 배터리 재활용 시장 규모는 2023년 108억 달러로 추정된다. 아울러 2024년 424억 달러, 2040년 2089억 달러 등으로 연평균 17% 성장할 것으로 전망되고 있다. 오일프라이스는 "하지만 무엇이든지 빨리 (대응을) 해야 한다"며 "사용된 리튬이온 배터리의 재앙적인 사고가 언젠가는 발생할 것이기 때문"이라며 리튬이온 배터리 재활용 방안 마련을 서둘러야 한다고 말했다.
- 산업
2023-09-26
일본-캐나다, 전기차 배터리 공급망 구축 협력

일본이 캐나다와 베터리 공급망에 관한 협력 각서를 체결할 계획이다. 15일 일본 요미우리 신문과 니혼게이자이신문에 따르면 일본과 캐나다가 전기자동차(EV) 관련 중요 광물 채굴, 배터리 생산 등 공급망 구축을 위해 협력하기로 했다. 보도에 따르면 니시무라 야스토시 경제산업상은 오는 21일 캐나다를 방문, 조너선 윌킨슨 천연자원부 장관 등과 만나 배터리 공급망에 관한 협력 양해각서(MOU)를 체결하기로 했다. 이번 방문에는 파나소닉에너지와 미쓰비시상사 등 기업 관계자들도 동행한다. 이러한 움직임은 베터리 공급망을 더욱 다양화하려는 일본의 의지를 보여주는 것으로 풀이된다. 경제산업성 관계자는 자세한 설명은 생략한 채 "현재로서는 구체적으로 밝힐 수 없지만 배터리 공급망에 대한 협력 각서 체결을 검토하고 있다"며 말을 아꼈다. 협력 양해각서는 일본 기업이 캐나다 현지에서 자원 개발과 현지 생산을 확대하고 양국 정부가 이를 지원한다는 내용으로 들어가는 것으로 알려졌다. 닛케이는 일본의 공공 및 민간 부문이 전기 자동차(EV)용 중요 광물의 탐사 및 가공과 배터리 생산을 통해 캐나다에 공급망을 구축할 것이라고 전했다. 일본 정부는 지난 6월 자국내 배터리 생산에 대한 지원을 최대 22억 달러로 늘렸다. 캐나다 정부는 산업육성과 고용 창출 등을 기대해 현지에 진출하는 일본 기업에 보조금을 지원하는 방안도 강구 중인 것으로 전해졌다. 요미우리는 일본은 코발트, 흑연, 리튬 등 중요 광물의 상당 부분을 중국에 의존하고 있어 경제 안보 관점에서 대중 의존도를 낮출 필요가 있다고 전했다. 이어 캐나다는 미국 시장에 접근하기 유리한 환경을 갖고 있다고 덧붙였다.
- 산업
2023-09-15