전고체 전지 성능·안정성 높인 맞춤 양극재…'꿈의 기술' 선보인다

[2026 K-프리미어 딥테크 페스타]⑤
김운혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수
고성능 이차전지 양극재 및 차세대 전지용 소재·전극 기술 개발
"가격보다 안정성 중요한 AI 데이터센터 BBU 시장 우선 공략"

[편집자주] KAIST(한국과학기술원)를 비롯한 4대 과학기술원이 보유한 딥테크(첨단기술)와 사업화 유망기술을 한자리에서 만나볼 수 있는 공동 설명회가 코엑스에서 열린다. 머니투데이 스타트업 전문 미디어 플랫폼 유니콘팩토리는 오는 29일 서울 삼성동 코엑스 B홀에서 '2026 프리미어 딥테크 페스타'를 개최한다. 과학기술정보통신부와 KAIST, 대구경북과학기술원(DGIST), 울산과학기술원(UNIST), 광주과학기술원(GIST)이 공동 개최하는 이번 행사는 4대 과기원의 우수 연구개발(R&D) 성과를 기업에 소개하고 기술이전을 촉진하기 위해 마련됐다. 이를 통해 기업의 기존 제품과 서비스를 고도화하고 글로벌 경쟁력을 높인다는 취지다. 행사 무대에 오를 유망기술을 개발한 과기원 교수들을 만나 핵심 기술의 경쟁력과 산업적 활용 가능성을 들어봤다.

전기차와 데이터센터에서 배터리 화재가 잇따르면서 '불이 나지 않는 배터리'에 대한 산업계의 요구가 커지고 있다. 이에 리튬이온전지의 액체 전해질을 고체로 바꾼 전고체 전지가 주목 받는다. 현재 쓰이는 액체 전해질은 불이 잘 붙어 화재의 주원인으로 지목된다. 고체 전해질은 이 위험을 크게 줄일 수 있지만 전해질만으로 문제가 해결되진 않는다. 배터리의 성능을 좌우하는 소재인 양극재가 고체 전해질과 잘 맞지 않기 때문이다. 기존의 양극재를 그대로 전고체 전지에 쓰면 충전과 방전을 반복할수록 수명이 빠르게 줄어든다.

김운혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 전지에 맞춘 양극재 설계 기술을 개발했다. 김 교수는 "양극재 입자의 가장 바깥 면을 나노 크기 결정으로 만들어 수명 저하의 원인인 미세균열을 차단하는 방식"이라며 "기존 양극재 생산설비를 크게 바꾸지 않고도 적용할 수 있도록 한 것이 특징"이라고 설명했다. 김 교수 연구팀은 오는 29일 서울 코엑스에서 열리는 '2026 K-프리미어 딥테크 페스타'(참가신청 : https://vvd.bz/buvX)에서 해당 기술을 직접 소개한다.

김 교수의 지도교수는 선양국 한양대 교수다. 선 교수는 국내 대학 역대 최대규모의 기술이전으로 꼽히는 양극재 특허 40여건을 2022년 LG화학에 넘겼다. 양도금액은 250억원으로 알려졌다. 김 교수는 이 연구를 전고체 전지용 양극재로 확장하는 셈이다.

양극재는 충전과 방전 때마다 부피가 늘었다 줄어든다. 이 과정이 반복되면 입자에 미세한 균열이 생긴다. 김 교수는 "미세균열로 수명이 줄어 처음에 10시간 쓰던 배터리를 2년 뒤에는 8시간밖에 못 쓰게 된다"고 말했다. 리튬이온전지에서는 균열이 생겨도 액체 전해질이 그 틈으로 스며들어 리튬이 계속 이동할 수 있지만, 고체 전해질과 고체 양극재는 서로 움직이지 않아 틈을 메울 수 없다.

김 교수는 "전해질도 고체고 양극재도 고체라 한번 깨지면 그 부분은 다시는 쓸 수 없는 용량이 된다"며 "일반 양극재를 쓰면 전고체 전지에서 수명 감소가 훨씬 심각하다"고 말했다.

연구팀은 양극재 입자 표면을 나노 크기의 작은 결정들로 구성하면 부피 변화로 생기는 스트레스가 분산될 것이라고 보고 연구를 시작했다. 실험 결과 실제로 성능이 개선되는 것을 확인했다. 김 교수는 "전해질을 바꿨으면 거기에 맞는 양극재를 새로 만들어야 한다"며 "전고체 전지에서는 구형 양극재 입자의 바깥 면이 나노 결정으로 이뤄진 구조가 적절하다는 결과를 얻었다"고 말했다.

전고체 전지는 고체 전해질 가격이 높아 리튬이온전지보다 비싸다. 연구팀은 가격보다 안전성이 중요한 시장을 우선 공략할 계획이다. 첫 목표는 AI(인공지능) 데이터센터의 BBU(배터리 백업 유닛)다. BBU는 서버에 정전이 발생했을 때 전원을 공급하는 소형 배터리다.

독자들의 PICK

지금 2,208명 읽는 중

김 교수는 "BBU에서 불이 나면 고가의 GPU(그래픽처리장치)가 모두 탄다"며 "가격이 비싸더라도 이를 감당할 수요처가 있는 시장을 노려야 한다"고 말했다. 이어 "휴머노이드 로봇도 가정에서 쓰이는 만큼 불이 절대 나면 안 되는 분야"라며 드론과 국방 분야 등도 목표 시장으로 꼽았다.

사업화 준비는 시제품 단계까지 진행됐다. 연구팀은 기술성숙도(TRL) 6~7단계를 목표로 공정 검증을 하고 있다. 김 교수는 "아무리 좋은 기술도 구현이 어려우면 기업이 도입을 망설인다"며 "기존 설비에 우리 기술을 조금만 더하면 전혀 다른 양극재가 나오도록 만드는 데 집중하고 있다"고 말했다.

그는 이어 "엘앤에프, 에코프로비엠, 포스코퓨처엠, LG화학 같은 배터리 소재사들이 해당 기술을 라이선싱해서 셀 업체에 납품할 수 있다"며 "전기차에 적용하면 현대자동차, 드론을 만드는 OEM 회사나 BBU를 만드는 회사 등이 이 기술을 굉장히 유용하게 쓸 수 있다"고 바라봤다.

김 교수는 이 기술이 국내 배터리 소재 공급망 경쟁력에도 기여할 것으로 기대했다. 국내 양극재 원료인 전구체는 대부분을 중국에 의존한다. 그는 "이차전지는 에너지 안보와 직결된다"며 "한국이 차세대 양극재에서 초격차를 확보해야 중국에 시장을 내주지 않고 북미와 유럽 시장을 선점할 수 있다"고 강조했다.