더 빠르고 저렴하다... 슈퍼물질 '그래핀' 배터리기업, 상용화 초읽기

미국 스타트업 라이텐(Lyten)이 미래 첨단 소재 그래핀을 활용한 배터리 개발에 성공, 상용화를 위해 2억달러(약 2681억원) 투자 유치에 성공했다고 카나리아 미디어가 25일(현지시각) 보도했다. 

라이텐이 3D 그래핀 기술을 개발, 배터리 생산에 들어간다. / 라이텐 홈페이지

꿈의 소재 ‘그래핀’… 강철보다 세고 구리보다 전기 잘 통한다

지속가능성이 전 세계 화두로 떠오르면서 친환경 차세대 첨단 소재 개발에 대한 관심도 커지고 있다. 그래핀(Graphene)은 그 중 첫 번째로 꼽히는 물질이다. 그래핀이란 흑연(graphite)에서 만들어지기에 붙여진 이름이다. 

그래핀은 2004년 발견된 물질로, 다이아몬드처럼 탄소 원자로만 이루어진 탄소 동소체다. 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양으로 연결돼 2차원의 평면 구조를 이루고 있다. 

그래핀의 물리적 성질은 ‘현존 최고’라 불릴 만큼 뛰어나다. 구리보다 전기가 100배 이상 잘 통하고 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 강하고 열전도성도 기존 최고 물질인 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 구부리거나 늘려도 전기적 성질을 그대로 유지하는 탄성도 가지고 있다.

이렇게 응용 가능성이 무궁무진하지만 화학기계적 방법, 전기화학적 산화-환원법 등 고품질 그래핀 생산을 위한 기존 공정이 복잡하고 비용이 많이 들어 아직까지는 대량 생산에 어려움이 있었다. 

 

3D 그래핀 기술, 보다 저렴하고 오래가는 친환경 배터리 생산 가능

자동차기업 스텔란티스, 투자자이자 고객

미국 캘리포니아에 위치한 스타트업 라이텐은 그래핀을 활용, 차세대 배터리 생산 등 다양한 응용 분야로의 확장을 위해 2억달러(약 2681억원) 자금 조달에 성공했다.

라이텐의 핵심 기술은 그래핀의 3D화다. 라이텐 공동설립자이자 CEO인 데인 쿡은 “기존의 2D 그래핀은 사실상 대량의 흑연덩어리에 불과하다"며 “그것은 자전거 프레임이나 스포츠 장비를 만드는 데는 충분하겠지만 차세대 배터리 제조를 위한 원자 1개 두께의 실제 그래핀과는 거리가 멀다”고 밝혔다.

라이텐 연구진에 따르면, 본래 2차원 구조인 그래핀을 나노 단위로 구기고 뒤틀어 3차원 형태로 만들면 반응성이 매우 높아져 그래핀의 뛰어난 물질적 특성을 다른 물질에 주입할 수 있다. 또한 강도, 경도, 전도성 등을 조정해 특정 응용 분야에 최적화할 수도 있다. 이러한 3D 그래핀을 활용하면 기존 리튬이온 배터리보다 가볍고, 충전이 빠르며, 에너지 효율도 높은 배터리 생산이 가능하다.   

2D 그래핀과 3D 그래핀의 차이 / 라이텐 홈페이지

실제로 다국적 자동차제조기업인 스텔란티스(Stellantis)는 올해 5월 라이텐에 시리즈 B 투자를 발표, 3D 그래핀을 활용한 리튬-황(Lithium-sulfur) 배터리 기술 지원을 약속했다. 정확한 투자 규모는 공개되지 않았다.  

리튬-황 배터리는 기존의 리튬이온 배터리와 달리 코발트, 니켈, 망간 등 환경오염을 유발하는 광물을 포함하지 않는다. 친환경적인 장점에도 불구하고 충전 가능한 횟수가 기존 리튬이온 배터리의 절반에도 미치지 못해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 라이텐이 3D 그래핀 기술로 이를 개선하는데 성공한 것이다.

라이텐의 리튬-황 배터리는 니켈, 코발트, 망간을 사용하지 않아 동급의 다른 배터리보다 60%의 탄소 감축이 가능하다. 원료 또한 북미 및 유럽지역에서 조달 가능해 공급망 안정성도 확보할 수 있다.

라이텐은 2023년 말까지 상업용 배터리 생산을 완료, 2024년 초부터는 시장 공급에 돌입, 본격적인 수익 창출에 들어가겠다는 계획이다. 첫번째 공장 부지는 캘리포니아 산호세 지역이 될 전망이다.

라이텐 CEO 데인 쿡은 “이미 배터리 공급을 원하는 고객들이 줄을 서 기다리고 있다”, “투자자이자 자동차기업인 스텔란티스도 그중 하나”라고 밝혔다.

스텔란티스 CEO 카를로스 타바르스는 “라이텐의 리튬-황 배터리는 전 세계 전기차 시장을 넓힐 핵심 요소가 될 수 있다”며 “이 기술은 차량 무게를 가볍게 할 뿐 아니라 자동차업계의 넷제로 달성을 위한 모든 것을 갖추고 있다”고 언급했다.

 

임팩트온(Impact ON)(http://www.impacton.net)