리튬메탈 수명 특성･재자원화 연구 ‘박차’
폐전지 도시광산 재자원화 연구 중요
정부, 대기업들이 적극적으로 나서야

송태섭 한양대 교수는 2차전지 관련 재료공학 전문가로, 특히 리튬2차전지 전극소재 관련 연구를 다수 진행해 왔다. 일례로 실리콘계 전극 소재와 관련, 실리콘과 리튬의 반응 과정에서 부피 팽창 문제의 원인을 분석하고, 수명 특성을 높일 수 있는 연구를 진행, 다수의 논문을 발표해 왔다. 또 국내에서 많은 연구가 진행되지는 않았지만, 금속을 녹여 액체 상태에서 구동해 매우 빠른 속도로 충방전이 가능한 액체금속전지에 대한 과제도 수행했다. 신재생에너지의 주파수 조정용 ESS로 활용성이 매우 높은 전지로, 높은 신뢰성과 내구성, 가격적인 메리트까지 감안하면 향후 성장 가능성이 상당하다. 송 교수는 여러 학자들과 함께 액체금속전지에 대한 연구를 수행, 관련 시장이 열릴 경우 국내에서도 산업화가 가능한 기반을 마련하는 등 다양한 성과를 내 왔다. 최근에는 리튬메탈 관련 연구를 주로 수행하고 있다. 리튬메탈의 보호, 수명 특성을 높이는 연구와 함께 폐배터리에서의 리튬메탈 회수 등에 관심을 갖고, 관련 연구에 집중하고 있다.

“차세대 전지로 주목받고 있는 리튬황 전지나 리튬공기전지 등은 리튬메탈을 전극으로 사용합니다. 이들 전지를 상용화하기 위해서는 리튬메탈의 보호가 매우 중요해요. 2차전지의 가장 큰 과제 중 하나가 부피 당 용량을 높이는 건데, 리튬메탈 전극 사용 시 흑연층을 없앨 수 있습니다. 상대적으로 적은 부피로 같은 용량을 낼 수 있다는 얘기죠. 최근에는 리튬의 높은 활동성으로 인한 낮은 수명을 어떻게 높일지, 리튬메탈을 보호하는 층이나 전극 구조에 대해 주로 연구하고 있습니다.”

송 교수는 “리튬메탈의 수명 특성을 높이기 위한 연구는 이미 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 2차전지의 전해질들이 매우 불에 잘 타는 액체나 젤 성분인데, 세라믹 소재로 대체해 어떻게 안전하게 구현할지에 대한 연구가 많다”며 “우리나라는 전지 제조기술은 세계적인 강국 중 하나지만, 소재의 경우 수입이 많기 때문에 리튬메탈 상용화 시 국내에서 양산하는 방안이 이슈화될 수 있을 것”이라고 말했다.

“이와 함께 에너지기술평가원 에너지인력양성사업의 ‘도시광산의 회소금속 재자원화 기술 고급트랙’ 과제를 수행하면서, 리튬메탈 회수에 대한 연구도 적극적으로 하고 있습니다. 2차전지가 많이 사용되고 있지만, 폐전지를 회수해 고가의 희소금속을 재자원화하고 있지는 않아요. 특히 리튬이나 코발트 등이 값비싼데, 이를 회수하는 도시광산이 미래에는 이슈화될 겁니다. 특히 휴대폰이나 노트북 배터리에서 회수할 수 있는 양은 적지만, 전기차의 경우 5년, 10년 후에는 진정 도시광산이라 불러도 될 정도의 자원 소스가 될 수 있어요. 폐전지에서 자원을 효율적으로 회수하는 방법을 연구하고 있습니다.”

송 교수는 “다만 2차전지 수거부터 쉽지 않은 상황이라, 국가적 차원에서 가능성을 보고 장려할 필요성이 있다”며 “무엇보다 전기차뿐 아니라 신재생에너지 활용이 커지면서 ESS 수요도 증가하는 상황이라, 폐전지의 도시광산 재자원화는 매우 중요한 연구다. 이 분야에 대한 관심도 점차 커지고 있지만, 정부, 대기업들이 보다 적극적으로 나설 필요가 있다”고 강조했다.

◆프로필

▲한양대학교 세라믹공학 학사, 한양대학교 신소재공학 박사

▲메릴랜드 대학교 박사후 연구원

▲영남대학교 신소재공학부 조교수

▲한양대학교 에너지공학과 조교수