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농사 짓고 남은 벼 껍질로 실리콘 만든다

  • 2017.03.27.
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우리나라에선 왕겨가 연간 70만톤 나온다. 왕겨에 들어있는 실리카를 이차전지 음극재의 소재로 쓸 수 있는 실리콘으로 쉽게 바꾸는 기술이 개발됐다. 음극재는 대부분 해외 기업에 의존하는 형편이다.

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한국에너지기술연구원이 개발한 벼 껍질(왕겨)로 실리콘을 대량 생산하는 기술. – 힌국에너지기술연구원 제공

연간 70만 톤씩 나오는 왕겨를 이용해 실리콘을 생산하는 기술이 나왔다. 이렇게 만든 실리콘은 이차전지 음극재 소재로 적합하다.

서명원 한국에너지기술연구원 청정연료연구실 선임연구원 연구팀은 벼 껍질(왕겨)에서 추출한 실리카를 이용해 실리콘을 생산하는 새로운 공정 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 실리카에서 실리콘을 얻는 환원율이 91.7%로, 기존 캐나다 토론토대학 연구팀이 보유한 세계 최고치 83.2%보다도 높다.

왕겨에는 실리콘(규소)의 원료인 나노 구조의 실리카(이산화규소)가 20% 가량 함유돼 있다. 이를 실리콘으로 환원시키면 실리콘의 부피 팽창을 효율적으로 제어할 수 있다. 음극재로 사용하면 용량이 높고 출력이 좋아진다. 왕겨의 실리카를 실리콘으로 환원하는 기존 ‘마그네슘 열환원법’ 공정은 600~900도의 고온에서 작업하고, 작업 시간도 5시간 이상 걸리는 단점이 있었다.

반면 연구진이 개발한 ‘마그네슘 밀링 공정’은 상온(25도)과 상압(1기압)에서 50분 이내에 실리콘 환원이 가능하다. 또 5L 단위의 대용량을 구현해 공정을 대량 생산 규모로 확대할 수 있는 가능성도 높였다.

연구진은 현재 연간 3t의 왕겨로 실리콘을 생산할 수 있는 대량 생산 공정의 기본 설계를 마친 상태다. 서 연구원은 “기업으로의 기술 이전과 후속 연구를 통해 기술을 실증할 계획”이라며 “음극재 시장의 판도를 뒤집을 수 있는 원천 기술을 국내에서 확보했다는 데 의의가 크다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’에 게재됐다.

동아사이언스 송경은 기자
kyungeun@donga.com

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