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얼마 전 국립산림과학원에 근무하는 이선영(50) 박사를 만났다. 고분자복합재료 및 나노기술 응용분야 전문가다. 종종 만날 때마다 슈퍼 나노종이에 대해 설명을 듣곤 했지만 솔직히 잘 몰랐다. 그가 최근 ‘휘어지는 종이 배터리’ 원천기술을 개발했다.

세계 최초로 나무에서 차세대 유망 에너지원인 리튬이온전지 핵심 부품을 얻어냈다. 나무에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유로 리튬이온전지의 분리막을 얻는데 성공했다. 분리막은 양극과 음극 사이에 리튬이온이 통과하는 통로로 전극간 전기접촉을 막아주는 핵심 소재다.  이번 연구는 세계적인 권위지 영국 왕립화학회 발행 재료화학저널과 나노레터스에 실렸다. 


세계 최초 리튬이온전지 분리막 ‘종이 배터리’ 원천기술

이번에 개발된 소재는 리튬이온 전도가 우수하고 전기화학적 안정성이 높다. 고온에서도 수축현상이 발생하지 않는다. 리튬이온전지 업그레이드에 기여할 것으로 보인다. 리튬이온전지는 리튬이온을 통해 전류를 충전하는 2차전지다. 소형은 휴대폰과 노트북PC, 카메라 등 IT 모바일기기에, 중대형은 전기차동차와 에너지저장시스템(ESS)에 주로 사용된다. 

고려대학교 농과대학(생명과학대학)을 졸업하고 미국 루이지애나주립대에서 박사학위를 받은 이선영 박사는 지난 2010년 세계 최고 권위의 인명사전인 후즈후 인더월드에 이름을 올렸다. 국내 최초로 세계 산림연구기관연합회 총회에서 학술대상을 수상했다. 한국과학기술 우수논문상을 받았고 SCI급 세계적 학술지에 다수의 논문을 게재한 바 있다.

이선영 박사는 기자와 만나 “나무성분의 40∼50%를 차지하는 셀룰로오스는 지구상에서 가장 많이 분포하는 바이오분자다. 쉽게 얻을 수 있는 친환경재료다. 나노섬유는 세계적으로 전기전자에 이용되고 나노복합재료는 천단 신소재 개발에 다양하게 활용할 수 있다. 이번 연구가 차세대 미래 에너지원 개발과 수입대체 효과에 도움이 됐으면 좋겠다.”고 말했다.  

장황하게 이선영 박사와 리튬이온전지를 거론한 건 다름 아니다. 엄청난 잠재력의 미래시장이기 때문이다. 지난 해 기준 리튬이온전지 세계시장 규모는 22조원이다. 미국 시장조사업체 HIS는 2020년 시장규모를 60조원으로 보고 있다. 현재 리튬이온전지 분리막은 석유에서 추출한 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 주로 사용해 환경오염에 대한 위험부담이 있었다.


소형 2차전지 강자 삼성·LG·SK, 중대형 배터리시장 공략

세계 2차전지 시장은 총성 없는 전쟁터다. 글로벌 미래 유망업종 목록 가운데 최상위를 차지한다. 충전을 통해 반영구적으로 사용되는 2차전지는 친환경재료인 리튬이온이 가장 많이 사용된다. 에너지밀도가 높아 작은 공간에서도 저장이 가능하기 때문이다. 우리나라는 소형 리튬이온전지 강국이다. 삼성SDI와 LG화학이 세계시장 1,2위를 차지하고 있다.

최근 삼성과 LG, SK 등 대기업들이 리튬이온전지를 앞세워 중대형 자동차 배터리시장을 공략하고 있다. 삼성SDI는 BMW와 폭스바겐, 클라이슬러, 포드와 합작계약을 체결했다. LG화학은 현대기아차와 GM, 볼보, 르노와 협약을 맺었다. 기아차 쏘울에 배터리를 공급하고 있는 SK이노베이션은 중국 베이징자동차와 합작법인을 통해 생산에 박차를 기하고 있다.

해외를 중심으로 중대형 에너지저장시스템(ESS) 분야도 각축전이 한창이다. 이제 기존의 납축전지는 리튬이온전지로 빠르게 대체되고 있다. 우리나라 2차전지 업체들이 회원사로 있는 한국전지산업협회(회장 박상진 삼성SDI 대표) 이명규 기획조사팀장은 “2차전지가 B2B분야이다 보니 기업별 통계를 취합하는데 어려움이 있지만 세계 최고수준이다.”고 말했다. 

한국경제 버팀목 역할을 해온 5대 분야가 흔들리고 있다. 휴대전화와 조선, 석유화학, 자동차, 가전에 적신호가 켜졌다. 나무는 아낌없이 준다. 곡식 알알은 농민의 피땀이다. (입립신고 粒粒辛苦) 부품소재산업은 아낌없이 주는 나무와 곡식이다. 국부창출의 핵심이다.

(CNB저널 = 김경훈 편집인 겸 편집국장)