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차발동 나노브릭 이사는 “이번 업무협약에는 실리칸의 핵심인력 파견, 지분 상호 취득, 나노브릭 공장에 핵심연구소 확장 이전 및 파일럿 생산과 양산 라인 구축 등을 골자로 한 내용이 포함돼 있다”면서 “실리칸과 협업을 원하는 여러 대기업들을 물리치고 얻어낸 큰 성과”라고 말했다. 에너지 전문조사기관에 따르면 글로벌 전기차용 이차전지 시장은 2035년에 약 815조원 규모로 성장할 전망이며, 이차전지의 주요 소재로 사용되는 실리콘 음극재의 수요도 2023년 1만톤에서 2035년까지 28.5만톤으로 확대될 것으로 예상됐다.
현재 업계에서는 에너지밀도와 충전 속도 향상을 위해 음극재에 에너지밀도가 높은 실리콘을 사용하는 것을 시도하고 있으나 리튬이온 흡수 과정에서 실리콘의 부피가 4~5배 팽창, 구조가 파괴되는 난점으로 실리콘을 5% 정도만 함유할 수 있는 수준에 머물러 있다.
실리칸은 이 분야 세계 권위자이자 원천기술 보유자인 이창섭 교수를 주축으로 2013년부터 꾸준히 연구해 셀 테스트(cell test) 100 싸이클 충·방전 후에도 충·방전 효율이 99.8% 유지되는 나노 사이즈의 실리콘 입자, 그래핀, 탄소나노섬유(CNF)의 3중 복합 프레임을 활용해 기존 실리콘의 부피 팽창 문제를 해결하고, 전기차의 주행거리와 충전 속도를 대폭적으로 개선할 수 있는 기술을 탑제한 완료 샘플을 보유하고 있다.
실리칸 관계자는 “이 기술은 현재 상용화되고 있는 타사 제품대비 여러 배의 실리콘을 함유할 수 있는 혁신적인 기술이며, 이미 대구경북기술원(DGIST)에서 공인된 검증 테스트를 완료한 상태”라며 “리튬이차전지의 충·방전 용량을 1,350~2,500mAh/g의 수준으로 도출했다”라고 설명했다. 관련업계 전문가들은 이 밀도 수준은 전기차 5~10분 충전으로 800km~1,400㎞의 성능에 해당된다고 평가했다.
그동안 실리칸은 국내 여러 대기업들로부터 지속적으로 협업 제안을 받아 왔으며 지난해 국내 CELL 메이커사인 S사와 NDA를 체결했고, 그 후 국책연구소 K에서 50나노, 100나노, 200나노 실리콘 입자를 적용하는 추가 테스트를 진행하면서 파일럿 생산과 상용화를 준비하고 있다.
아울러 실리칸은 나노브릭 내에 기존 연구소를 통합해 확장·이전한다. 연구소에는 원천기술 보유자인 이창섭 교수를 연구소장으로, 다수의 국내외 최고 연구진이 합류하는 핵심연구소 설립을 진행하며 나노브릭 공장에 파일럿 생산도 진행한다. 또한 대규모 양산 공장부지도 별도 물색 중에 있으며 보유하고 있는 실리콘 음극재 기술을 접목하여 고성능 배터리 사업 진출도 모색하고 있다.
한편 실리칸의 계열회사 D사는 현재 국내 메이저 건설사와 대규모 데이터센터를 진행 중인데, 이 데이터센터의 에너지저장장치(ESS)를 실리칸의 음극재 기술을 탑재한 스펙으로 진행할 예정이다. 나노브릭 관계자는 “나노브릭은 실리칸 지분 10%를 50억원에 인수하고, 실리칸은 100억원 상당의 유상증자를 통해 나노브릭의 지분을 취득하기로 한 협약에 따라 양 사는 명실상부한 관계회사로 자리매김하게 될 것”이라며 “이런 사유로 당초 지난달 24일 예정됐던 유상증자를 일시적으로 연기한 바 있다”고 설명했다.
이창섭 교수는 미국 오레건주립대에서 박사학위를 취득하고 미국 버클리대 등에서 객원 연구원, 독일 켐니츠공과대(Chemnitz Technical University)에서 객원교수를 역임하고 계명대학교 화학과 교수로 재직했다.
최근에는 실리칸의 연구소 총괄책임자로서 음극재 추가 연구에 전념하고 있다. 이 교수는 독일연방정부 프로젝트 등 수 십개 국내외 연구 과제를 수행했으며, 145편의 국내외 학술논문, 50여건의 특허, 23권의 저서, 17건의 기술이전 등의 연구실적 등을 통해 그 실력을 국내 외에 인정받고 있는 등 최근 에너지 분야에서 크게 이슈가 되고 있는 리튬이차전지 차세대 전극소재 개발과 관련해 국산화율이 1% 정도에 불과한 음극재 시장에서 주도적인 역할을 하고 있다.
이 교수는 2021년 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 ‘Synthesis and Electrochemical Performance of silicon/carbon nanofiber/graphene composite films as anode materials of binder-free Li ion batteries’이라는 논문을 발표해 가장 조회 수가 많은 100대 논문 중 30위에 선정된 바 있다. 작년엔 영국 캠브리지 스칼라(Cambridge Scholars)에서 출간한 ‘Applications of Carbon Nanomaterials and Silicon-based Hybrid Composites in Lithium-ion Batteries’의 저서로 주목 받았다.
