산업폐기물을 스마트폰 배터리로 활용하는 기술 개발…포스텍 화학공학과 이진우 교수팀

철강 생산시 나오는 산업폐기물 슬래그를 스마트폰 배터리로 활용하는 기술을 포스텍 연구팀이 개발했다.

포스텍은 지난 27일 화학공학과 이진우 교수<사진>팀이 슬래그 폐기물을 간단한 공정을 통해 고부가가치 소재인 다공성 실리콘(Si)으로 바꾸는데 성공했다고 밝혔다. 이 실리콘은 기존 흑연전극보다 용량이 4배 이상 크며, 기존 실리콘 소재에 비해 내구성이 뛰어나다.

스마트폰·전기차 등에 사용되는 리튬이온전지의 전극은 보통 흑연 소재를 사용하고 있다. 그러나 용량이 낮아 신소재 개발의 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다. 이에 실리콘이 차세대 소재로 눈길을 끌고 있지만, 충전이나 방전 중 부피 팽창으로 인한 수명 저하와 흑연에 비해 4배 이상 가격이 비싼 게 흠이다. 또한 고가의 원재료가 필요하고 제조 방법이 복잡해 실용화에 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 산업폐기물인 슬래그의 주성분 중 하나인 실리콘 산화물(SiO2)에 착안했다. 실리콘 산화물을 다른 성분으로부터 분리한 것. 이 과정에서 수 나노미터(㎚) 기공이 생기고 마그네슘 환원 공정을 같이 진행하면 g당 수백㎡의 넓은 표면적을 갖는 다공성 실리콘이 만들어지는 것을 발견했다. 이 실리콘을 리튬이온전지의 음극으로 만들면 다른 실리콘에 비해 수명과 용량이 뛰어날 뿐 아니라 충전과 방전 속도도 더 빨라지는 것을 확인했다.

연구팀은 연간 4억~5억t이 발생하는 슬래그를 효율적으로 처리하며 고부가가치인 배터리 소재를 저렴한 비용으로 개발할 수 있는 기술이라고 설명했다.

이진우 교수는 “국산화가 저조한 리튬이온전지 음극 소재의 원천 기술을 확보하면 스마트 기기와 전기차 등 관련 분야에서 고수익 창출에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 이 연구 결과는 지난 1일 국내 특허 등록을 마쳤다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com

김기태 기자

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