최근 리튬 이차 전지를 비롯한 하이브리드 Capacitor, 연료전지 등의 친환경 에너지 시스템은 차세대 전기 자동차의 파워 시스템으로 급부상하고 있다. 전남대 이윤성 교수가 이끌고 있는 ‘에너지 변환 및 저장 공정 연구실’은 이 분야의 선도 연구실로서, 리튬 이차전지의 성능 및 가격 경쟁력에서 매우 중요한 역할을 차지하고 있는 양극 활물질에 대한 다양한 양극 신소재의 개발에 앞장서고 있다.

“Spec 목표달성 위주 연구보다는 원천 기술 확보 연구가 중요”

최근 세계 화공산업 구조는 고부가가치 다품종 정밀화학 제품 생산 체제로서, 특히 화공소재 제품 및 공정에 핵심 부분을 기초하고 있는 BT, ET, NT, IT, ST 분야가 큰 주목을 받고 있다. 바야흐로 화공기술이 공정대상의 다양성에 대비하고 산업계의 요구나 세계적 추세에 공조하는 깊이 있는 연구 방향이 절실한 이때, 전남대 응용화학공학부는 화학공학, 정밀화학, 광·전자화공소재의 3개 전공을 마련하여 심도 있는 연구와 우수한 화공 기술 인력을 양성하는데 힘을 쏟고 있다. 이러한 전남대 응용화학공학부의 중심에서 ‘에너지 변환 및 저장 공정 연구실(이윤성 교수)’은 신개념 전극 물질을 개발하여 안전하며 장시간 사용가능한 전기자동차의 생산 가능성에 청신호를 밝혀 관련 학계와 산업계의 큰 관심을 받고 있다.

이 교수는 “현재 리튬이차전지에 사용되고 있는 LiCoO2를 비롯한 LiMn2O4, LiFePO4, 고전압 올리빈계 등의 소재 합성 및 전기화학적 특성 개선에 관한 많은 연구를 수행하였다”며  “기존의 커패시터의 고에너지 밀도화를 위한 다양한 전극 소재 개발 및 특정한 카본 재료를 이용하여 작동전압과 용량을 개선시킨 형태, 양극 활물질로도 사용가능한 LiMnSiO4 및 불화계산화물 등을 이용한 신개념의 하이브리드 커패시터를 고안하였다”고 밝혔다. 이러한 이 교수의 관련 연구에 대한 논문들은 100여 편이 넘게 국제 저명 학술지에 보고되었다.

열정적인 연구를 통해 원천기술 확보에 힘을 쏟고 있는 이 교수는 최근, 리튬 이차전지용 양극 활물질인 NASICON과 고체 전해질로 사용되는 LISICON 물질의 합성 및 전기전도도 특성 개선에 주력하고 있다. 이 교수는 “전기 전도도 향상을 위해 기본적으로 분말입자를 나노화하여 입자 내에서의 전자 및 이온의 mobility를 개선하고, 카본 코팅을 통해 분말/입자간의 계면 특성을 향상시키며, 구조내의 금속이온 자리에 이종의 고전도성 금속이온을 치환시켜 전기 전도도를 비약적으로 향상시키는 연구를 수행 중”이라며 “획기적인 고율특성을 보이는 NASICON 소재와 기존의 액체 전해질을 대체할만한 무기고체전해질 소재를 개발하여 고안전·중대형 전고체리튬이차전지를 구현함으로써 세계적인 원천기술을 확보하겠다”고 피력했다.

전지산업은 기존의 반도체 산업과는 달리 발전 속도가 상당히 더딘 산업분야라 할 수 있다. 아무리 우수한 전극재료들만을 가지고 전지시스템을 구성한다 하여도 소위 ‘궁합’이라 할 수 있는 적합성이 필요한 것이다. 이 교수는 “표면적으로는 대한민국이 세계 1위의 리튬이차전지 시장을 확보하였지만, 그 내면을 살펴보면 마냥 반갑지만은 않은 상황”이라며 전지내의 핵심소재 및 핵심기술이 아직도 많은 부분 일본에 의존하고 있고, 원천기술 분야에서도 일본과 미국에 많이 뒤떨어져 있기 때문이라고 덧붙였다. 이 교수는 이러한 상황을 타개하고 내외적으로 튼실한 진정한 기술 강국이 되기 위해서는 spec에 대한 목표달성에 우선을 두고 진행해 온 국내 R&D 방향이 최소한 대학에서만큼은 ‘새로운 소재 개발을 통한 원천기술 확보’ 및 ‘왜 이런 현상이 발생하는가?’에 대한 기초적인 고민에 많은 시간을 투자하는 분위기가 형성되어야 한다고 강조했다. 2010-2012년 세계적인 인명사전인 Marquis Who’s Who in the World에 연속해서 세 번이나 이름을 올린 이 교수는 한 명의 연구자로서 대한민국이 과학기술 강국으로 우뚝 서는데 한 힘을 보태고 싶다고 밝히며 꾸준하고 끊임없는 연구로 리튬이차전지 분야를 선도하겠다고 피력했다.