진행: 한주엽 디일렉 대표
출연: 코본 황희정 대표
-오늘 코본의 황희정 대표님 모시고 CNT(탄소 나노튜브)와 관련된 얘기를 한 번 해보도록 하겠습니다. 대표님 안녕하십니까? “안녕하세요. 코본의 대표이사 황희정입니다. 반갑습니다. 이런 기회를 주셔서.” -저희가 고맙습니다. 이렇게 나와주셔서. 코본은 주력 품목이 뭡니까? “단일벽 탄소나노튜브라고 영어로 하면 single-walled carbon nanotube인데요. SWCNT 약자로는 그렇게 씁니다. 소재를 전문 제조하는 업체입니다.” -언제 설립됐습니까? “2001년도에.” -설립된 지는 좀 됐네요? “꽤 됐습니다. 포스텍 두 박사 부부를 중심으로 해서 설립됐습니다.” -단일벽 탄소나노튜브는 어디에 쓰입니까? 주로? “지금까지는 전자 재료 시장에서 일부 쓰고 있었는데 2019년부터 배터리 음극 소재로 쓰이기 시작했고 지금 막 입구에 와있다. 그렇게 보시면 되겠습니다.” -음극 소재는 보통 흑연을 많이 쓰는 거로 알고 있는데 이 CNT는 어떻게 활용됩니까? “음극 소재는 지금 대표님 말씀하신 대로 인조 흑연하고 천연흑연 이렇게 나눠서 흑연이 주로 쓰이고 있는데 음극은 아시다시피 리튬이온이나 전자를 저장하는 저장 창고입니다. 그래서 흑연이 지금까지 쓰여온 가장 큰 이유는 흑연이 가장 구조적으로 안정적입니다. 안정적이라 리튬이온도 잘 받아들이고 모든 거를 다 잘 받아들이는 구조의 안정성 때문에 썼는데 이것이 전기자동차 쪽으로 가면서 소재 변화가 필요하게 됐습니다. 왜 그러냐면 자동차 제조사들이 지금 원하는 건 가장 큰 핵심은 두 가지입니다. 하나는 급속 충전 빨리 충전해야 하고 두 번째는 충전 용량 확대. 한 번 충전해서 오래가야 하지 않습니까. 그러려면 저장고 역할을 하는 음극재가 변화해야 하는데 흑연이 다 좋은데 한 가지 단점은 리튬이온을 받아들이는데 육각형 고리 속에 리튬이온 하나밖에 못 받아들입니다. 그런데 예를 들면 지금 본격적으로 쓰이기 시작하는 실리콘 같은 경우에는 고리 하나에 4, 5개 집어넣을 수 있으니까 충전용량이 기본적으로 4, 5배 된다고 보시면 됩니다. 그러니까 당연히 소재 변화가 일어나기 시작했다. 이렇게 보시면 됩니다.” -흑연에서 실리콘으로 된다. 실리콘으로 아예 다 바뀌는 건 아니고 흑연에 실리콘이 일부 첨가되는 것이죠? “원칙은 다 바뀌었으면 좋죠. 100% 바뀌면 훨씬 더 빠르게 1분 안에 다 충전되고 그러는데 실리콘은 흑연에 비해서 충전용량은 굉장히 좋고 에너지 밀도도 좋고 당연히 그래서 에너지 밀도가 흑연의 10배까지도 가능할 정도로 좋은데 단점은 흑연이 가진 장점의 반대가 단점입니다. 그러니까 구조적 안정성이 굉장히 불안정합니다. 그래서 예를 들면 충·방전에서 리튬이온이 들어왔다 나갔다 이렇게 되면 이게 나노 사이즈로 부서지고 그래서 에너지 밀도가 순식간에 저하되는 현상이 벌어져서 수명을 보장 못 합니다. 그러니까 100%로 하는 건 현재 기술로는 불가능하고요. 현재 기술에서 가능한 수준이 배터리 제조사에서 목표로 하는 게 10% 정도입니다. 그러니까 흑연 100%에서 흑연 90%, 실리콘 10% 하는 게 현재 목표인데 그 정도만 해도 충전용량이나 급속 충전 속도가 두 배 정도 향상되니까 그렇게 가려는 거죠. 근데 그 10%를 넣을 때 수명 저하를 막기 위해서 여러 가지 첨가물, 첨가 소재죠. 첨가 소재들을 지금까지 오랫동안 연구해 왔어요. 카본 블랙도 그렇고 multi-walled carbon nanotube도 그렇고 single-walled carbon nanotube도 그런데 앞에 말씀드린 multi-walled carbon nanotube하고 카본 블랙은 다 실패했습니다. 가장 큰 이유는 이게 두 가지가 충족돼야 하는데 부피의 수축 팽창을 막으려면 첫 번째는 첨가되는 소재가 구조체 역할을 해야 하거든요. 긴밀하게 연결되고 두 번째는 또 하나는 이게 실리콘이 일부 깨지더라도 고전도성으로 해서 그거를 백업해줘야 하는 그런 두 가지 성능이 필요한데 예를 들면 multi-walled carbon nanotube 같은 경우에는 single-walled carbon nanotube보다 지름 사이즈가 예를 들면 열 배 이상 굵은 동아줄이라고 보시면 됩니다. single-wall은 가느다란 실이라고 하면 굵은 동아줄이에요. 길이도 그렇고. 그러니까 그다음에 결함도 많고 그러니까 이 구조체를 짤 때 multi-wall은 구조체 짜기가 어렵습니다. 왜냐면 사이로 빠져나가는 거죠. 굵은 동아줄이. 그러니까 가느다란 실로 완벽하게 감쌀 수 있는 소재. 거기다가 고전도성으로 백업할 수 있는 소재는 single-walled carbon nanotube가 유일하고 지금은 그게 대안을 찾는 수준을 넘어서 single-walled carbon nanotube가 거의 현재로서는 유일한 소재고 음극에서 실리콘 함량을 높이려면 반드시 single-walled carbon nanotube가 같이 복합적으로 들어가야 한다는 게 현재의 시장 상황이라고 볼 수 있습니다.” -첨가제로 들어간다. 흑연에 실리콘을 섞을 때 좀 더 안정성을 높이기 위해서 첨가제로 들어간다. “실리콘의 안정성을 높이기 위해서.” -말하자면 실리콘 음극재 시장이 뜨면 코본도 굉장히 뜨는 거라고 볼 수 있는 거군요. multi-wall, single-wall 이렇게 말씀하셨는데 두 개의 차이는 아까 잠깐 말씀해주셨는데 만드는데도 난도가 좀 다릅니까? “그니까 이렇게 보시면 됩니다. multi-wall이라는 거는 한 가닥부터 수백 겹까지. 그니까 튜브의 사이즈가 겹이 한 겹, 두 겹, 세 겹 하지 않습니까? 튜브의 겹이 한 겹부터 수백 겹, 수천 겹까지 같이 뭉쳐있는 게 multi-wall입니다. 그러니까 어떤 조건을 걸어주면 촉매에서 탄소가 자라나서 multi-walled carbon nanotube가 만들어지지 않습니까? 촉매하고 탄소원하고 결합해서. 그러니까 어떤 공정 조건을 잡을 때 굳이 컨트롤되는 single-wall만 나오는 또는 열 겹만 나오는 이런 공정을 할 필요가 없으니까 공정 자체가 굉장히 단순해지죠. 근데 single-wall은 single-wall만 만들어져요. 무슨 얘기냐면 어떤 촉매 사이즈에서 탄소원이 붙어서 튜브가 형성될 때 여기에 만약에 두 겹짜리, 세 겹짜리, 또는 열 겹짜리가 섞여 나온다. 그러면 그거를 사후에 후공정으로 분리하는 게 불가능합니다. 같은 탄소기 때문에 그러기 때문에 아예 만들어질 때부터 single-wall만 선택적으로 만들어져야 합니다. 그러니까 공정 조건이 굉장히 어렵고 또 하나는 우리 회사 같은 경우는 촉매 나노 사이즈를 저희가 컨트롤한다는 게 가장 핵심 특허인데 그게 컨트롤하는 게 굉장히 어려운 조건이죠. 그러니까 모래에서 바늘 찾기라고 하는데 그만큼 공정이 까다롭습니다. 그러니까 전 세계에서 single-walled carbon nanotube를 t 단위 이상으로 만들 수 있는 회사는 오직 두 회사밖에 없다는 게 그래서 그렇습니다.” -두 회사라는 거는? “러시아 옥시알과 한국의 코본. 근데 최근에 일본의 제온이라든가 중국의 몇몇 업체들이 single-walled carbon nanotube를 만든다고 하고 있는데 저희가 일본 업체들 하고는 잘 압니다. 몇 년 전부터 같이 기술 협력을 하고 있는데 일본은 아예 배터리 쪽이 아니고 그들 말로 하면 ‘싼마이’인 거죠. 너무 싸죠. 그러니까 아예 고가 제품인 반도체 쪽으로 그들은 기술 발전을 하고 있고 그래서 그들은 정렬 기술이라든가 그런 쪽으로 가고 있고 중국 업체들이 지금 새롭게 뛰어들고 있는데 아직은 그들의 탄소 특성치나 셀 특성치가 러시아 옥시알이나 코본보다는 훨씬 떨어져요.” -다른 언론에 나온 거 보니까 작년에 투자도 많이 받으셨고 근데 회사 업력보다는 비교적 늦게 투자를 받으신 거 같다는 느낌도 들긴 하네요. “그니까 저희가 배터리 쪽을 들여다보기 시작한 게 2019년이었으니까 3년이 채 안 됐습니다. 국내 업체가 아니라 중국 업체를 중심으로 해서 시작됐는데 잘 아시다시피 저희가 만든 single-walled carbon nanotube가 배터리 향으로 처음에 만든 건 아니지 않습니까? 러시아 옥시알도 마찬가지에요. single-walled carbon nanotube를 만들어서 그들이 음극재 쪽 시장이 열린다는 걸 알고 그쪽 향에 맞게 배터리에 맞게 일종의 후공정을 통해서 튜닝한다고 하지 않습니까. 세월이 걸렸는데 저희도 그런 세월이 1년 반 이상 걸렸다고 보시면 됩니다. 그니까 이제는 배터리 향 single-walled carbon nanotube를 합성 제조 공정과 후공정을 통해서 만들어 내기 시작했고 그래서 결국은 나노 문제가 시장 수요에 맞게 앞으로 생산 캐파도 늘리고 해야 하는데 그런 쪽에서 준비 기간이 필요했고 작년에 저희가 60억 정도의 투자를 받았고 저희가 본격적으로 올해부터 증설에 들어가는데 그런 투자 자금들은 이미 투자 시장에서 대기 중이다. 이렇게 보시면 됩니다.” -배터리 쪽 실리콘 음극재 쪽의 첨가제로 접근하기 전에는 주로 어떤 쪽을? “둘째는 정전기 방지용하고 전자파 차폐 시장에 들어갔는데 지금까지 수십 년 동안 그쪽 시장에서 쓰였던 소재는 P.DOT라고 피닷이라는 소재입니다. 그런데 정전기 방지 시장에서 방지 필름 위에서 소재가 차지하는 비중은 3%밖에 안 합니다. 원가에서. 그러니까 굳이 잘 쓰고 있는 피닷을 single-walled carbon nanotube로 쓸 이유가 없어지는 거죠.” -비중도 얼마 안 되는데. “네. 근데 지금 그쪽 시장도 변화하고 있습니다. 왜냐면 피닷이 가진 장점이 굉장히 많은데 단점이 뭐냐면 성능 내구성이라고 이게 예를 들면 필름에 피닷을 도포하고 한 달 정도 지나면 정전기 방지 성능이 상당 부분 사라집니다. 그러니까 그 얘기는 뭐냐? 어떤 전자기기, 휴대폰이나 이런 제조 공정상에 만약에 쓰려고 하면 바로 옆에 필름 제조 공정이 따라가야 한다는 얘기죠. 삼성전자 배터리 하는 공정에 필름 제조 공정이 같이 옆에 따라가서 거기서 제조한 거 갖고 바로 써야 하는 거죠. 보통 일주일 내에 쓰는데. 그런데 CNT 같은 경우는 반 연구적입니다. 한 번 도포하기 시작하면. 그니까 따라갈 필요가 없죠. 그래서 저희가 국내 필름 전문 업체 S사와 1년 반 전부터 개발해 왔고 그런 것들이 정전기 방지나 전자파 차폐에 표지 품을 만들려고 하는데 그거는 어떤 거 때문에 시장이 열리고 있냐면 자동차에 전기차로도 바뀌고 그러면서 전장 시장이 굉장히 많이 바뀌고 있지 않습니까? 전장 시장이 바뀌면서 전자파 차폐나 정전기 방지 높은 수준의 성능을 계속 유지하고 그런 필요성이 시장에서 점점 증대하고 있어서 single-walled carbon nanotube 소재의 그쪽 시장으로의 문이 열리고 있다. 이렇게 보시면 됩니다.” -single-walled carbon nanotube 캐파가 어느 정도나 됩니까? “연산 1.5t.”저작권자 © 전자부품 전문 미디어 디일렉 무단전재 및 재배포 금지
