기존 리튬 이차전지 기술에 비해 200배 이상 대량 전류를 흘려도 2분 안에 완전 충 · 방전할 수 있는 전극 소재 원천 기술을 우리나라 연구진이 개발했다. 전극 소재 원천 기술은 교육과학기술부 신기술 융합형 성장 동력 사업의 지원을 받아 울산과학기술대학교(UNIST) 조재필 교수와 LG화학기술연구원 배터리연구소 공동 연구팀이 개발했다. 이 기술은 응용 화학 분야 세계적인 권위지인 <안게반테 케미Angew. Chem. Int. Ed.> 국제판에 VIP paper(VIP 논문)로 선정돼 8월 16일 속보판으로 온라인에 게재됐다. 이차전지 분야에서 VIP 논문으로 선정된 사례는 최근 3년 동안 처음 있는 일로, 여기에 게재된 논문들 중 5% 미만에 한해 VIP 논문으로 선정된다.
일반적으로 이차전지용 전극 소재의 다양한 형상 중 나노 튜브가 리튬이온의 충 · 방전 속도를 가장 빠르게 할 수 있다는 이론은 발표됐지만, 이를 수득률이 높으면서 화학적으로도 손쉽게 합성하도록 증명한 것은 세계적으로 첫 번째 사례다. 울산과학기술대학교(UNIST) 조재필 교수와 LG화학기술연구원 배터리연구소 공동 연구팀은 실험에서 게르마늄(Ge) 나노선 표면에 안티모니(Sb) 나노 입자를 바른 후 700℃에서 열처리 시 나노선의 중심부에서 200㎚ 정도 직경의 구멍 형태를 가진 나노튜브가 생성된다는 것을 발견했다. 또한, 이 물질을 리튬 이차전지에 적용해 평가한 결과 상용화된 전지 수준을 능가해 400사이클 후에도 용량 유지율이 98% 이상에 달했으며, 대량의 전류를 흘려도 2분내에 완전히 충전된다는 것을 발견했다.
기존에 발표된 반도체 실리콘 나노 튜브의 경우, 주형을 뜬 후 화학적 부식을 이용해 합성하면 수득률이 낮을 뿐만 아니라 대량 합성이 불가능하다는 문제점이 제기됐다. 하지만 새로운 합성 방법은 이러한 문제를 완전히 해결함과 동시에 리튬 저장 능력도 3배 이상 올렸다. <안게반테 케미> 국제판 선임 부편집장인 마스 박사는 "기존 반도체 화합물 중 가장 많이 사용하는 규소(Si) 또는 게르마늄(Ge)을 이용해 화학적으로 나노 튜브를 합성한 사례는 처음이고, 이차전지 소재 및 반도체 나노 분말의 합성에도 일대 전기를 마련할 것이다"라고 높이 평가했다. 리튬 이차전지 세계 시장 규모는 2010년도 기준 100억 달러를 돌파했으며, 올해 전기자동차용 중 대형 전지 시장의 확대로 200억 달러를 돌파할 것으로 보인다. 그중 전극 소재 시장은 80억 달러에 달할 것으로 예상한다. 이번 원천 기술 개발은 지적재산권의 선점 차원에서 중요한 이슈로 떠올랐다. 최근 3년간 고용량 전극 소재 관련 원천 기술 개발은 미국 스텐포드대학의 취이 교수와 우리나라 울산과학기술대학교의 조재필 교수가 주도하고 있으며, 조 교수는 LG화학과 공동으로 이번 원천 기술에 대해 국제특허출원을 마친 상태다.
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