망간·니켈로 만든 '코발트프리' 배터리 국내서 개발…에너지밀도, LFP의 2배↑

↑ 국내 연구팀이 망간과 니켈로만 만든 배터리 양극재를 개발했다. 코발트가 없는데도 기존 배터리만큼 에너지 밀도가 높아 실용화되면 배터리 원가부담이 줄어들 것으로 보인다. [사진 출처 = UNIST]

국내 연구팀이 망간과 니켈로만 만든 배터리 양극재를 개발했다. 코발트가 없는데도 LFP 소재보다 에너지 밀도가 약 2배 높아 실용화되면 배터리 원가를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
조재필 UNIST 에너지화학공학과 특훈교수가 창업한 '에스엠랩'은 17일 망간과 니켈로만 구성된 단결정 양극재를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.
배터리 양극재는 배터리 가격의 35% 이상을 차지한다. 국내 기업들은 양극재로 NCM(니켈코발트망간), NCA(니켈코발트알루미늄)를 쓰는 배터리를 주로 개발하는데, 원재료인 코발트의 가격이 비싸 배터리 원가를 낮추기 힘들었다.
최근 테슬라, 폭스바겐 등이 원자재 가격 부담이 덜한 LFP(리튬인산황)배터리를 채용한 이유도 이런 이유 때문이다.
하지만 LFP 배터리의 가격은 다른 배터리 가격 보다 약 20% 정도 저렴할 뿐이다. 배터리의 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 비슷한 성능을 내려면 양을 늘려야 하기 때문이다.
LFP 소재의 에너지 밀도를 높이려면 양극재 입자의 크기를 적당히 키워야 한다. 보통 망간 함유량이 높아지면 입자 크기를 키우기 힘들다. 그런데 망간계 소재는 입자 하나의 크기가 300나노미터(nm)보다 작은 다결정형태로 만들어져 상용화하기가 어려웠다.
에스엠랩은 자체 개발한 입자 성장 촉진제를 소량 첨가해 입자 하나의 크기를 마이크로미터 수준으로 키우는 데 성공했다. 망간계 전극 소재의 문제점인 낮은 출력은 전도성 코팅을 독자 개발해 극복했다.
이렇게 개발한 소재는 LFP 소재 대비 에너지 밀도가 2배 이상 높았다. 값싼 망간과 니켈이 3:1의 비율로 섞였을 뿐 비싼 코발트의 함량은 0이어서 배터리 원가 절감도 기대할 수 있다.
조재필 대표는 "경쟁사 대비 2년 앞서 LFP 대체재 양극재 개발을 세계 최초로 성공한 것"이라며 "해외 고객사와 양산 검증을 거쳐 2022년 4분기부터 EV용 배터리 실증 테스트를 계획하고 있다"고 밝혔다.
[김우현 매경닷컴 기자]