CNT(Carbon Nano Tube)는 2차전지 도전재 등 다양한 부문에서 상용화가 추진되고 있다.
국내에서는 금호석유화학이 2005년 개발에 착수해 50톤 생산체제를 구축했으며 LG화학은 2011년 개발하기 시작해 2017년 1월부터 400톤 공장을 가동하고 있다.
금호석유화학은 2017년 초부터 가동률 100%를 유지하고 있는 것으로 알려졌다.
금호석유화학은 CNT를 2차전지 전극용 도전재, 고분자 수지 복합소재, 기능성 용액 용도로 공급하고 있으며 최근 중국, 동남아, 유럽 시장에 진출해 판매량이 증가하고 있다.
특히, 패키지용 코팅액, 방열 및 EMI (Electro Magnetic Interference), ESD(Electro Static Discharge) 부자재 등 반도체용 수요가 호조를 나타내고 있다.
금호석유화학 관계자는 “다양한 그레이드의 MWCNT(Multi Wall CNT)를 생산하고 있다”며 “앞으로 시장 상황에 따라 SWCNT(Single Wall CNT) 개발을 검토할 예정”이라고 밝혔다.
이어 “CNT 증설은 고려하고 있지 않다”며 “증설을 통해 350톤 생산체제를 갖출 것이라는 내용은 사실이 아니다”라고 강조했다.
CNT는 ITO(Indium Tin Oxide) 투명전극을 대체할 수 있는 꿈의 신소재 가운데 하나로 주목받았으나 최근에는 2차전지에 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
LG전자는 노트북에 CNT 양극 도전재(Anode Conductor)를 활용한 배터리를 탑재했다.
도전재는 전지 내부에서 전자의 흐름을 도와주는 물질로 카본블랙(Carbon Black)을 주로 채용하고 있으나 LG화학이 카본블랙과 CNT를 혼합한 도전재를 소형 배터리에 채용해 주목받고 있다.
LG화학 관계자는 “CNT는 전기전도도가 높기 때문에 도전재를 적게 투입해도 된다”며 “양극재를 더 넣을 수 있기 때문에 에너지밀도를 높일 수 있다”고 주장했다.
하지만, 에너지밀도는 3-4% 높아지는 반면 가격이 저렴한 MWCNT를 채용해도 코스트가 카본블랙보다 7배 가량 높아 가격경쟁력이 떨어지는 것으로 알려졌다.
LG화학은 2017년 2/4분기 컨퍼런스 콜에서 자동차 배터리에도 CNT를 채용할 것이라고 발표했으나 삼성SDI, SK이노베이션은 별다른 대응이 없는 것으로 알려졌다.
최근에는 CNT 소재를 채용한 2차전지 음극재를 개발해 상용화 여부가 주목되고 있다.
성균관대학교 박호석 교수 연구팀은 고용량의 철 산화물 나노입자를 3차원 CNT 네트워크에 고정하는 구조의 음극재를 개발했다고 2017년 9월 발표했다.
음극재 소재는 2차전지가 처음 개발됐을 때부터 흑연이 채용되고 있어 에너지밀도를 높이기 위해 소재 다변화가 불가피했지만 대체소재로 주목받은 실리콘(Silicone)은 안정성이 낮아 일부 첨가하는 수준에도 미치지 못하고 있다.
박호석 교수는 “CNT 음극재는 에너지밀도를 3배까지 높일 수 있다”며 “비교적 가격이 낮은 MWCNT를 채용했으며 활물질이 아니라 첨가제 역할이기 때문에 미량 사용해 코스트 경쟁력을 확보할 것으로 판단된다”고 주장했다.
하지만, 단기간에 상용화하기는 어려울 것으로 판단된다.
CNT 음극재는 실리콘의 반응성 때문에 기능이 저하되는 문제는 없으나 나노소재 대부분이 안고 있는 적층 문제는 해결하지 못한 것으로 알려졌다.
적층 문제가 해결되지 않으면 기존 흑연소재에 비해 에너지밀도가 크게 개선되지 않기 때문에 상용화하기 힘들 것으로 판단된다.
SWCNT 역시 상용화를 위한 연구가 이루어지고 있다.
SWCNT는 MWCNT에 비해 탄성률, 인장강도 등 기계적 성질이 우수하지만 합성이 어렵기 때문에 가격이 높게 형성돼 있으며 대량생산이 가능한 곳도 많지 않은 것으로 알려졌다.
옥시알은 그래피트론(Graphetron) 기술로 다른 곳에 비해 SWCNT 가격을 50분의 1 수준으로 낮추었으며 배터리, 폴리머 복합소재, 고무, 투명 전도필름, 페인트와 같은 다양한 부문에 적용할 수 있는 SWCNT 소재 첨가제를 개발하고 있다.
옥시알 관계자는 “룩셈부르크에 CNT 250톤 공장을 건설해 2020년 가동할 계획”이라며 “SWCNT는 MWCNT에 비해 상용화 속도가 더디기 때문에 상용화를 적극적으로 추진하고 유통망을 확대하기 위해 노력하고 있다”고 밝혔다.
<임슬기 기자>