나노종합기술원(원장 박흥수)이 나노·반도체 공정기술을 적용해 이차전지 성능한계 극복과 초소형 전고체 전지 개발을 위한 지원 서비스 기반을 확보했다.

나노종합기술원(이하 기술원)은 과기정통부(장관 유상임)에서 지원하는‘반도체-이차전지 인터페이싱 플랫폼 구축사업’을 통해 마이크로 전고체 배터리 제조플랫폼을 구축했다고 21일 밝혔다.

이번 플랫폼은 나노-반도체 공정을 이차전지 기술에 적용해 이차전지의 성능한계를 극복하고 전고체 배터리의 소형화 및 차세대 나노융합소자의 전력원으로 활용될 수 있는 마이크로 전고체 배터리 개발과 제조 지원 서비스 인프라로 구축됐다.

마이크로배터리 제조 핵심 장비인 대기 비개방 리튬화합물 특화 클러스터 시스템을 국내 나노-반도체 장비업체와 공동으로 개발해 국내 최초로 8인치 자동화 공정 장비를 반도체 클린룸에 구축했다.

리튬화합물 특화 클러스터 시스템 (Lithium compound specialized cluster system)은 리튬이온전지를 구성하는 모든 소재들을 진공 상태에서 수십~수천 마이크로미터의 두께로 증착하기 위해 개발된 장비로, 8인치 기반의 반도체 자동화 공정과 이차전지 공정에서 대기비개방 환경을 제공하는 글러브박스 등 특화기술을 연계해 개발됐다.

또한 이차전지 소재의 박막 및 패터닝 공정기술을 적용하여 국내 최초로 8인치 웨이퍼에 전고체 배터리 개발과 제조를 지원할 수 있는 플랫폼을 확보했다.

이 사업에는 핵심장비 개발과 공정·분석기술, 상용화기술 개발을 통한 한국형 마이크로배터리 제조플랫폼 구축을 목표로, 국내 배터리 3사를 비롯한 산학연 30여개의 수요그룹이 기획에 참여하였고, 현재 3개 기업, 11개 대학, 4개 연구소 등 총 80여 명의 연구원이 플랫폼 구축 및 기술개발에 참여하고 있다.

이를 통해 초소형 전고체 전지 마이크로배터리는 반도체와 이차전지기술의 융합을 통해 차세대 나노융합소자의 전력 공급원으로 활용될 것으로 기대된다.

마이크로배터리는 전고체전지를 마이크로미터 크기까지 줄인 차세대 초소형 배터리로 현재의 리튬이온 이차전지와 달리, 반도체 제조 공정과 직접 호환 가능한 박막공정을 통해 제작됨으로써 다양한 전자소자와의 집적과 의료, 국방, 우주, 항공산업분에서 특수목적의 초소형 기기의 전력 공급원으로 사용될 것으로 보인다.

이번에 나노종합기술원이 확보한 마이크로배터리 제조 플랫폼은 기존의 실험실 수준을 넘어, 나노-반도체 팹에서 8인치 웨이퍼 기반의 자동화 제조 및 준양산 기반을 확보했다는 점에서 큰 의미를 가진다.

마이크로 배터리 세계적 연구자인 미국 메릴랜드 대학 나노센터의 디렉터인 이상복 교수는 “미국이 지난 10년간 해왔던 연구를 기술원은 2년만에 이뤄냈다. 앞으로 대면적의 마이크로배터리 제조와 성능개선을 위한 기술원과의 공동개발이 기대된다”며 기대감을 나타냈다.

LG에너지솔루션 프론티어 연구소장인 한국과학기술원 김희탁 교수는 “반도체기술이 이차전지의 성능개선의 난제해결에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것이며, 이차전지 소재의 계면과 표면에서 발생되는 다양한 현상들을 밝혀내는 중요한 테스트 플랫폼을 제공해 줄 것”이라고 말했다.

기술원 박흥수 원장은 “기술원이 보유하고 있는 반도체 인프라가 국가 전략기술분야 중 하나인 이차전지에도 기여할 수 있는 기반을 마련하게 되어 매우 뜻 깊다”며, “앞으로 플랫폼 기술을 더 고도화 하여 바이오, 우주, 항공 등의 다양한 국가전략기술 상용화에 기여하도록 지속적으로 노력하겠다”라고 이번 성과에 관하여 소감을 밝혔다.

한편, 기술원은 지난 21일 마이크로 전고체 배터리 상용화기술 개발 지원을 위해 구축된 제조플랫폼 성과를 발표하고 ‘온-칩(On-Chip) 전력 시스템’ 등 미래 수요 창출을 위한 구축성과 공유 포럼을 성료했다.