항공 산업은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 3%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 이에 항공 업계는 이산화탄소 배출량을 줄이고자 다양한 방법을 강구하지만 기후변화에 대응하는 노력은 부족한 것으로 평가됐다.
최근 세계 항공기 제조업계의 양대 산맥인 미국 보잉(Boeing)과 유럽 에어버스(Airbus)는 탄소 배출량 감축을 위한 새로운 전략을 선보이고 있다. 그중 금속재료 대비 비강도·비강성이 우수한 복합재료를 이용해 항공기의 중량을 절감하고, 부품의 대형화·일체화를 통해 부품 제작 비용을 줄이기 위한 노력을 꾸준히 진행하고 있으며, B787과 A350에는 구조 중량 대비 복합재료를 약 50% 적용했다.
열경화성 복합재 프리프레그를 오토클레이브에서 경화하는 제작공정을 주로 적용하고 있으나, 오토클레이브의 제작 기간이 길고 가격이 비싸며 유지비용이 많이 소요되는 단점 때문에 최근에는 탈오토클레이브(OOA) 제조공법이 활발히 개발되고 있다.
이번에 경상국립대 산학협력단이 한국복합소재㈜에 이전한 기술은 재활용이 가능하며 생산성이 높은 열가소성 복합재 구조를 오토클레이브 없이 제작하는 공정에 관한 것이다. 이 기술은 기업의 생산성과 이윤의 증대뿐만 아니라 탄소중립을 통한 인류의 지속가능성을 높일 수 있는 기술이다.
기술을 이전받은 한국복합소재㈜는 사천에 있는 지역 기업이다. 2012년 2월 설립되어 보잉 B787 PBH, 에어버스 A350 NLGB, P-8, A-10 등 민수항공의 복합재 부품을 제작하는 사업으로 시작해 최근에는 해외 직수주 활동을 통해 IAI사와의 G280 TAIL Composites 등의 사업과 고속공기부양정 송풍기, 덕트, 러더 등을 제작하고 있다.
최근 모빌리티 산업의 주축을 이루는 무인기 사업에도 진출해 날개길이 7m 수준의 유무인 복합 무인기(OPPAV) 복합재 기체 부품 제작 및 조립까지 수행해 납품하는 등 꾸준한 사업다각화 및 신규 사업 진출을 위해 노력하고 있다.
한국복합소재㈜ 정연명 대표이사는 “탄소 중립화를 추구하는 세계적 추세에 OOA 기술이전을 통해 기존의 항공 산업 및 방산 분야에 활용된 열경화성 수지 기술 분야뿐 아니라 열가소성 복합재 기술의 이전으로 기업의 성장에 큰 역할을 할 것으로 기대한다”며 “새로운 무인기 기체 시장에 진출하는 것뿐만 아니라 항공우주 및 방위산업 등 다양한 신산업 분야에 적극적으로 적용하는 복합재 전문기업으로 도약하도록 온 힘을 다하겠다”고 말했다.
경상국립대 강필순 기술비즈니스센터장은 “항공우주산업 및 방위산업은 4차 산업혁명 시대를 맞아 지속적으로 효과를 창출하는 고부가가치산업이다. 뿐만 아니라 다른 산업으로 파급효과와 양질의 일자리 창출 효과가 크기에 경남지역 ‘K-스페이스’, ‘K-방산’ 육성이 꼭 필요하다”면서 “이번 기술이전으로 기후변화에 대응하는 탄소중립뿐만 아니라 항공 우주산업 및 방위산업의 메카로 성장하는데 한국복합소재㈜가 적극적 역할을 하길 기대한다”고 말했다.
#전해액 적게 사용하고도 에너지밀도 우수한 리튬-황 차세대 배터리 개발
리튬-황(Li-S) 배터리는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리 시장의 주도권을 잡기 위해 국내 대기업 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)뿐만 아니라 연구기관에서 기술 확보에 사활을 걸고 있는, 미래 배터리의 가장 유력한 기술 가운데 하나다.
리튬-황 배터리는 휴대용 전자기기와 전기자동차에 사용되는 리튬이온 배터리에 비해 에너지밀도가 높고 환경 친화적이다. 매장량이 풍부하고 가격이 싼 유황을 사용하는 등 많은 매력이 있다.
에너지밀도란 전기차 주행거리를 좌우하는 요소다. 에너지밀도가 높을수록 1회 충전으로 주행할 수 있는 거리가 길어져 에너지밀도를 높이는 기술은 반드시 확보돼야 한다. 현재 상용되는 리튬이온 배터리는 최대 250Wh/kg의 한계 에너지밀도를 가지며, 최근 주행거리는 500km 내외다.
리튬-황 배터리의 이론적 에너지밀도는 2567Wh/kg로서 리튬이온 배터리의 약 10배다. 그러나 실제 상용화 가능한 에너지밀도를 달성하기에는 현재 사용하고 있는 에테르 기반 전해액의 ‘용해-침전’ 반응으로 인해 많은 제약이 있다. 그 주된 이유는 양극 내 유황 활물질이 다황화물의 형성으로 많은 손실이 발생하기 때문이다.
두 가지 해결책이 이용됐는데, 하나는 적당한 호스트물질(나노탄소, 금속산화물 등)을 도입해 황 활성도를 높이거나, 다른 하나는 과량의 전해액을 사용하여 전지의 사이클 특성을 향상시키는 방법이다. 그러나 전지 무게의 40%에 달하는 과량의 전해액을 사용할 경우, 전해액 대 전극의 비율이 30µL/mg 이상이면 리튬-황 배터리의 에너지밀도는 130wh/kg이 한계다.
특히 배터리의 충·방전 동안 발생한 다황화물의 양극 내 흡착은 피리딕-N(pyridinic-N)과 피롤릭-N(pyrrolic-N)을 포함하는 벌크 고정을 통해 분자 방식으로 조절된다는 사실을 실험 뿐만 아니라 계산화학 결과로도 밝혀냈다. 연구팀은 희박 전해액을 사용한 리튬-황 파우치 셀을 개발해 시연하는 데 성공했으며, 371Wh/kg의 높은 에너지밀도를 보였다.
교신저자인 정현영 교수는 “리튬-황 배터리는 전고체전지와 함께 차세대 K-배터리의 핵심축이며, 전지 시장을 계속적으로 선도하기 위해서는 조기 상용화가 반드시 필요하다. 저렴하면서도 에너지밀도가 높은 리튬-황 배터리의 차별화된 기술과 기술적 한계를 뛰어넘는 개발을 위해 최선의 노력을 다하겠다”고 각오를 밝혔다.
이번 연구는 저명한 국제 학술지 ‘에너지 스토리지 머터리얼즈(Energy Storage Materials)’(IF=20.831) 2023년 1월호에 ‘분자 폴리설파이드를 소거하는 황화-트라이아진 폴리머로 희박 전해질 하에서 고에너지밀도 리튬-황 전지 구현 (Molecular polysulfide-scavenging sulfurized–triazine polymer enable high energy density Li-S battery under lean electrolyte)’이라는 제목으로 게재됐다. 제1저자는 정현영 교수팀의 나노배터리실험실 첸라얀 센틸 박사이다.
#체육교육과 학생들의 아름다운 기부 ‘훈훈’
경상국립대 학생처(처장 권선옥)에 따르면, 체육교육과는 지난 11월해 4-6일 한국대학스포츠협의회(KUSF)에서 주최한 전국대학생 클럽챔피언십2022에 참가해 입상한 상금(100만 원)으로 체육용품을 구입, 1월 10일 진주기독육아원(대표 김지수)에 전달했다. 경상국립대는 이번 대회에서 배구 우승, 축구 3위의 성적을 거뒀다.
경상국립대는 1월 10일 오후 2시 진주기독육아원에서 권선옥 학생처장, 강정화 부처장 등 학생처 관계가 참석한 가운데 기부 물품을 전달했다. 기부한 체육용품은 비바루키킥보드, 배드민턴 라켓, 스매시민턴세트, 소프트 발리볼, 축구공 등 10종 40개다.
체육교육과 배구팀(K.o.V) 주장 이준호(3학년) 학생과 축구팀 주장 강지혁(3학년) 학생은 “배구 우승과 축구 3위의 상금으로 진주지역 소외 아동을 위해 체육용품을 기부하게 됐는데 대회 성적만큼이나 뿌듯함을 느꼈다. 우리 학생들의 작은 정성이 육아원 아동들에게 도움이 됐으면 한다”고 밝혔다.
권선옥 학생처장은 “학생들이 어려운 여건 속에서도 지역 아동을 위해 나눔 문화 확산에 자발적으로 동참해 준 것에 감사의 마음을 전하며, 우리 학생들의 따뜻한 마음이 전해져 진주기독육아원 아동들이 운동 활동을 통해 겨울을 따뜻하게 났으면 한다”고 말했다.
이혜림 부산/경남 기자 ilyo33@ilyo.co.kr