스마트그리드용 차세대 음극소재 개발 필요

스마트그리드용 차세대 음극소재 개발 필요

스마트그리드는 전력 수요를 적시에 파악하여 필요한 만큼만 전기를 송전할 수 있도록 해 주는 지능형 전력망 시스템이다. 이는 이산화탄소를 저감할 수 있는 녹색기술의 핵심분야로, 시장규모는 2010년 1,470억 달러에서 2020년 2,130억 달러까지 성장할 것으로 전망된다. (한전 KDN, 2009).

스마트그리드의 핵심 서비스는 발전소에서 발전한 전기를 저장하여 가능한 한 빠른 시간에 전기를 필요한 곳에서 쓸 수 있게 해 주는 전기저장장치에 의해 수행되며, 이를 위해서는 신속한 전력전달과 안정성이 우수한 새로운 음극 소재가 필수적이다.

통상적으로 리튬(Li) 이온을 이용하는 양극 소재에 대해서는 LG화학, 삼성SDI, Toshiba 등 대형전지업체에서 상당한 기술이 축적되어 왔으나, 음극소재는 충전시간이 길고, 전지수명이 짧은 탄소 소재에 국한되었기 때문에 기술적 제한이 컸다. 따라서, 탄소를 대체할 수 있는 신소재의 개발이 시급한 실정이며, 최근, 탄소와 비교하여 용량이 큰 실리콘과 고속충전과 전지수명이 우수한 LTO(리튬티탄산화물)가 주목받고 있다.

음극소재의 개발에는 중국의 BYD, 일본의 Toshiba, Panasonic, 우리나라의 삼성SDI, LG화학 등 대형 전지업체가 참여하고 있는데, 특허공개건수(1990년~2009년)를 기준으로 전체 439건중 106건이 실리콘에 집중되어 왔으며, LTO에 대해서는 58건으로 조사되었다.

그러나, 미국의 Enerdel, Altair Nano, 일본의 Ishihara와 같은 소개개발업체의 경우, 비록 그 특허공개건수는 29건으로 적지만, 89% 이상의 특허출원이 LTO에 집중되어 있는 것으로 나타났다.

또한, 출원동향을 연도별로 살펴보면, 기존의 음극소재인 탄소는 1990년부터 2000년까지 10건에서 57건으로 특허출원이 증가하였고, 2000년 이후에는 29건에서 49건사이로 특허출원이 정체되었다. LTO는 2000년부터 2009년까지 8건에서 62건, 실리콘은 12건에서 55건으로 급격히 증가하고 있는 것으로 나타났다.

종합해 보면, LTO는 58건으로, 탄소의 275건, 실리콘의 106건에 비해 상대적으로 적지만, 2000년 이후에는 기술개발이 가장 활발하게 추진된 소재이다.

우리나라에도 LG화학 등에서 LTO에 대한 기술개발이 이루어지고는 있으나, 미국, 일본의 소재전문업체와 같이 적극적인 기술개발이 전개되고 있지 않다. 따라서, 향후 스마트그리드의 본격적인 구축에 대비한 경쟁력 확보차원에서 LTO를 이용한 음극소재 개발를 집중적으로 개발할 필요가 있다. 그리고, 이는 현재 이슈가 되고 있는 전기차용 전지저장장치의 개발에도 일조를 하게 될 것이다.

발췌 : 집현전특허(http://www.bco.co.kr/)