연구실 탐방! 한국에너지기술연구원-분리변환소재연구실(이차전지 제조)

연구실 탐방! 한국에너지기술연구원-분리변환소재연구실(이차전지 제조)

 

 

 세계 각국에서 신재생에너지 붐이 일어남에 따라 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 수소 전기차 등 여러 방면으로 전기를 생산하고 있다. 생산한 전기는 사용하지 않으면 사라지기 때문에 즉시 사용할 것이 아니라면 저장할 수 있는 저장소가 필요하다. 기본적으로 전기는 보관하기가 어려운 에너지이기에 이를 해결할 수단이 필요하다. 그 수단 중 하나가 이차전지다.

 우리 주변에 많이 보이는 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지다. 이들은 가벼우면서 에너지 저장 밀도가 높고 기전력이 커서(3.6V) 많이 쓰여 왔다. 그러나 이 전지들은 폭발위험성과 함께 출력 성능이 낮아 수소 전기차 등 높은 출력 성능을 요구하는 전기 제품에는 맞지 않는 전지다. 그러나 슈퍼커패시터의 등장과 함께 수많은 연구진의 실험적인 성과로 위의 문제가 해결될 움직임이 보인다.

 슈퍼커패시터 연구개발에 일조하고 계신 분 중 한국에너지기술연구원에 찾아가 인터뷰를 진행해 보았다. 이곳에서 분리변환소재연구실 중 이차전지 제조 연구실에서 일하고 계시는 윤하나 박사님, 대학원생들과 함께 인터뷰를 진행해 보았다.

 

                            [사진1. 한국에너지기술연구원 정문(왼쪽)]        [사진2. 분리변환소재연구실 입구(오른쪽)]

출처 : ENERGIUM(왼쪽 사진)

 

▶ 한국에너지기술연구원의 환경과 자랑거리

 한국에너지기술연구원은 신재생에너지 관련 인프라 구축이 잘되어있습니다. 다른 연구원들과 융합 연구도 진행하고 있으며, 장비를 사용할 때 한 연구실에 국한되지 않고 그 연구실의 허락 하에 자유롭게 사용이 가능합니다. 연구소 내에 장비가 없더라도 주변에 연구원이 많다 보니 쉽게 접근할 수 있어 연구함에 있어서 지장이 없죠. 게다가 탁구, 농구, 배드민턴, 족구, 테니스장 등 운동을 할 공간이 많아 휴식을 취하는데 더할 나위 없는 장소입니다. (웃음)

 

연구실에 대하여

 

Q. 이차전지 제조 연구실에서는 어떤 연구를 진행하고 있나요?

 박사님 : 우리 연구실에서 연구하고 있는 사항은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

 첫째로는 Li-ion Battery를 뛰어넘는 저가의 차세대 Al-ion Battery를 개발하고 있습니다. 출력밀도도 높고 에너지 밀도도 향상될 수 있는 차세대 배터리를 고민하던 중 알루미늄을 하나의 후보군으로 지정했습니다. 알루미늄은 워낙에 저가이고 리튬과는 다르게 폭발 위험성이 없어 안정성이 보장되기에 향후 전기 자동차에 적용하는 것이 가능합니다.

 둘째는 전기화학커패시터를 연구하고 있습니다. 슈퍼커패시터라고 잘 알려진 이것은 리튬이온 배터리보다 에너지밀도가 낮다 보니 관심에서 많이 밀려나고, 사업적인 면에서 출력밀도가 높은 특정 부분에만 쓰였었습니다. 그러나 반도체가 점점 마이크로단위로 소자화되고 슈퍼커패시터의 용량이 증대됨에 따라 리튬이온배터리를 대체할 고용량의 슈퍼커패시터를 연구하고 있습니다. 기존의 슈퍼커패시터는 무겁고 비싼 금속을 기반으로 많은 연구가 이뤄져 왔지만, 저희는 여러 슈퍼커패시터 중에서 산화환원반응을 기반으로 한 슈도커패시터 연구를 진행하고 있습니다. 재료로는 생체모방형 유기분자를 사용해서 인체에 무해하면서도 저가인 소재를 찾으며 고용량 커패시터의 개발에 열중하고 있습니다.

 

  [사진3. Al-ion battery(알루미늄 이온 배터리)(왼쪽)]           [사진4. 슈퍼커패시터(오른쪽)]

출처 : Popular Science(왼쪽), Coolcomponents(오른쪽)

 

Q. 차세대 이차전지 개발 분야에 뛰어든 계기가 있으신가요?

 대학원생 : 저는 충남대학교 화학과를 졸업하고 이 연구원의 에너지소재과로 들어왔습니다. 대학교에서 여러 에너지 및 화학 공부를 하며 에너지 저장분야에 관해 꿈을 키웠습니다. 주변만 돌아봐도 지금의 배터리는 부족한 점이 많습니다. 휴대폰 사용량보다 충전이 빠르지 않고, 이슈가 되고 있는 전기자동차의 배터리, ESS 등 전지는 응용 분야가 많은 데 비해 갈 길이 멀다고 생각합니다.그래서 아직 부족한 전지개발에 기여하기 위해 에너지 저장 분야 연구개발에 뛰어들게 되었습니다.

 

Q. 박사님은 어떤 분이신가요?

 대학원생 : 박사님은 학생들을 믿고 연구를 맡기고 있으며, 부족한 부분을 잘 지적하고 논리정연하게 말씀하시는 분입니다. 실험 아이디어가 있다면 적극적으로 하는 것을 좋아하시고 실패를 하더라도 격려를 해주십니다. 항상 실험데이터를 요구하시지만, 학생들의 표정을 보고 안부를 묻는 세심하신 분이기도 합니다. 그래서인지 주변에서 ‘천사’라고 하기도... (웃음)

 

원하는 인재상

 

Q. 어떤 학생들이 연구소에 왔으면 하나요?

 대학원생 : 주도적이고 적극적인 학생이 왔으면 합니다. 연구소에 올 때 영어를 걱정하시는 분들이 많은데, 영어 실력은 엄청 중요하지 않고, 논문을 해석할 정도면 충분합니다. 본인 의지에 따라 다를 수 있는데, 연구소에서 3달 동안 논문을 해석하며 단어를 외우다 보니 writing 점수가 많이 올랐다는 얘기도 들었어요. 그리고 나름의 아이디어를 가지고 연구소에 들어오면 더 많은 것을 얻어갈 수도 있을 것 같네요.

 박사님 : 연구소에 들어올 때 역량은 크게 중요한 요소가 아닙니다. 학부과정에서 실험하는 것과 실제 실험실에서 연구하는 것은 아주 달라서 오자마자 잘할 수는 없어요. 분석 장비에 대해 알고 있다던가, 인턴으로 해봤던 경험이 있다면 이점이 될 수 있겠지만 무엇보다도 하고자 하는 의지와 성실성이 제일 중요하고 필수적인 요건이라고 생각합니다.

 예를 들어, 인턴으로 온 학생들은 실험하는 기간이 짧아 잘하지는 못하지만, 대부분 하고자 하는 의지가 있어요. 대학원생에게 일을 주면 빨리 결과가 나오는 편이고, 일부러 인턴으로 온 학생에게 일을 주면 노력하는 모습을 보이고 늦더라도 결과를 냅니다. 이로써 서로 좋은 인상을 줄 수 있고, 이번 경험을 바탕으로 나중에 대학원이나 회사에서 더 좋은 결과를 낼 수 있을 겁니다.

 꼭 석사, 박사과정이 아니더라도 ‘관심이 있으면 일단 도전하라’라는 말을 해주고 싶어요. 인턴, 견학 등 홈페이지에 나와 있는 정보로 연락해서 도전을 해보는 실천과 용기를 가졌으면 합니다.

 

Q. 대학원을 고민하는 학부생들에게 해주고 싶은 조언이 있으신가요? 

 박사님 : 학부생들이 어떤 고민을 하는지 모르겠지만, 앞서 말했다시피 하고자 하는 의지와 성실성을 가지고 대학원에 진학을 생각했으면 해요. 대학원생은 돈을 많이 버는 것도 아니고 안정된 생활이 보장된 것도 아닙니다. 어차피 공부는 계속해야 하는 것이니까, 취업 도피가 아닌 나에게 투자할 시간으로 대학원을 고려했으면 합니다.

 박사학위는 큰 것이 아니라 일종의 자격증이라고 생각하면 좋을 것 같아요. 그만큼 책임이 더 커지긴 하지만 그만큼 나에게 투자를 했다는 것이 증명되죠. 회사에 들어갔다가 나중에 학위를 따려고 오시는 분들이 계시는데 나이가 있으면 힘든 면이 있거든요. 그렇기 때문에 결단을 빨리 내려서 학위를 취득하기 위한 과정을 바로바로 진행하는 것이 좋을 것 같아요.

 수능을 잘 보지 못해서 높은 학교에 못 간 것은 중요하지 않고 연구에 적성이 맞는 학생들이 있어요. 높은 학교와 낮은 학교 학생과 연구를 해보고 결과를 보면 큰 차이가 없어요. 즉, 스스로 한계를 긋지 않았으면 합니다.

 대학원생 : 인턴과 학부 때 연구실 생활을 하는 등 충분히 여러 경험을 겪어보는 것이 중요하다고 생각하고 이는, 앞으로 좋은 자산으로 쓰일 수 있을 것입니다. 그리고 학위에 대해 크게 부담을 가질 필요가 없습니다. 만약 적성이 고민된다면 학위를 석사까지만 취득하고 이후에 더 생각해보면 됩니다. ‘스스로의 한계를 긋지 않았으면 한다.’라는 말을 전해주고 싶군요.

 

 [사진5. 이차전지의 전해질 연구를 하고 있는 모습]

 

연구원분들은 어떤 경험을 했을까?

 

Q. 연구하면서 뿌듯했던 경험이 있으신가요? 또는 기억에 남는 일이 있다면 말씀해주세요.

 대학원생 : 처음 연구를 시작했을 때, 어떤 실험을 해야 할지 막막했는데 고민을 하고 실험을 진행하면서 실험 결과물이 논문으로 정리되는 것을 보고 뿌듯함을 느낍니다. 그리고 박사님이 칭찬하셨을 때 그동안에 노력했던 시간을 인정받는 것 같아 좋았던 기억도 있어요.

 박사님 : 학생들과 기획해서 될까 싶은 것을 논문으로 낸다던가, 특허가 등록될 때, 허황된 스토리를 짜고 디자인해보고 생각한 대로 결과가 나오면 그때의 성취감을 잊을 수가 없어요.

 

Q. 좋은 일이 있다면 안 좋은 일도 있기 마련이죠. 연구원에 지내면서 힘들었던 경험이 있으신가요? 또는 아쉬웠던 일이 있었다면 말씀해주세요.

 대학원생 : 누구나 그럴 텐데, 원하던 결과가 나오지 않을 때, 내 뜻대로 안 될 때가 힘듭니다. 실험하고 관련 데이터를 정리하고 분석까지 했는데 결과가 좋지 않을 때 아쉽습니다.

 박사님 : 실험 이외에도 부수적으로 과제비를 따와야 하고, 학생들을 주기적으로 뽑아야 하고, 과제 평가를 받을 때 생각만큼 안 되는 경우가 힘듭니다. 연구는 지속성이 있어야 합니다. 그러나 대학원 진학률이 감소하면서 같이 일할 학생 수가 많지 않아 어려운 면이 있습니다.

 

미래에 대하여...

 

Q. 이차전지 중에서 어떤 기술이 앞으로의 산업을 이끌어 나갈 것이라고 생각해보신 적 있으신가요?

 박사님 : 이 질문은 민감한 사항이라서 조심스러운데요. 일단 제가 연구하고 있는 Al-ion battery(알루미늄 이온 배터리)라던가, 전기화학커패시터 같은 경우에는 먼 이야기 일 수도 있겠지만 언젠가 한 주축이 되었으면 하는 바람이 있어요. 산업에서는 여러 기술이 경쟁하고, 많은 연구원분이 열심히 연구하고 있어서 딱 하나만 어떤 것이 좋다고 할 수는 없겠습니다. 전지는 각자 응용처에 맞게 개발이 될 것으로 생각해요. 예를 들어 ESS용으로는 어떤 전지, 전기차용으로는 어떤 전지로 말이죠.

 

Q. 연구소에서 이루고자 하는 꿈이나 목표가 있다면?

 대학원생 : 일단, 진행하고 있는 실험들이 잘 마무리됐으면 합니다. 최신연구에 관련된 논문작성과 특허등록을 하며 좋은 결과를 쌓고 싶습니다. 앞으로 전지 전문가가 되어 회사에 들어가서도 인정받는 사원이 되고 싶군요.

 박사님 : 저희가 지금 개발하고 있는 기술이 실제로 적용된 사례를 눈으로 직접 보면 정말 좋을 것 같아요. 더해서 이 기술이 원천특허를 가지고 해외에 고가의 로열티를 받고 팔 수 있다면 더 좋을 것 같습니다.

 

Q. 대학원을 졸업 후에는 어떤 길이 있나요?

 박사님 : 대학원 졸업 후에 이차전지에 관련된 연구개발 분야 쪽 회사에 취직할 수도 있겠고, 깊이 있는 연구를 원한다면 학계에 계속 남아서 외국에 포스닥으로 가거나 유학 또는 정부출연연구소를 갈 수도 있습니다.

 

[사진6. 본인(왼쪽)과 윤하나 박사님(오른쪽)의 인터뷰 진행 모습]

 

▶ 마지막으로

 박사님 : 미래의 10년 plan을 계획해보는 것을 추천해드립니다. 어느 길을 걸어야 할지 모르지만 막연하게나마 연도별로 계획을 세우면서 본인이 갈 루트를 정해놓으면 신기하게도 10년 뒤에 그 계획을 다시 돌아봤더니 완벽하진 않아도 진짜 그 길을 걷고 있었습니다. 이 방법은 제가 경험자이기 때문에 확실히 효과가 있을 것이라 보증합니다. 이처럼 본인의 미래에 관한 나름의 소설을 짜보라고 말해주고 싶습니다. 장래는 본인의 소망에 달려있지 않을까요?