[서울대학교 시흥캠퍼스본부 2023년 예비창업패키지 선정기업] 연구개발업, 이차전지 및 소재 제조를 하는 스타트업 ‘시리에너지’

정경진 시리에너지 대표

-리튬이온을 동시다발적으로 받아들일 수 있는 실리콘 소재 및 덴트라이트 억제 3D 리튬 전극 및 리튬 분말 개발
-최대 10배의 용량 증대가 가능, 전기차 주행거리가 최대 2배까지 늘어

[한경잡앤조이=이진호 기자] 시리에너지는 연구개발업, 이차전지 및 소재 제조를 하는 스타트업이다. 정경진 대표(44)가 2023년 10월에 설립했다.

정 대표는 “1회 충전 후 전기차 주행거리 1,000km 달성을 위한 차세대 이차전지 실리콘, 리튬 소재 및 본 소재가 적용된 전고체 전지를 사업아이템으로 하는 기업”이라고 소개했다.

“전기차의 많은 장점에도 불구하고 여전히 소비자들은 전기차의 구매를 망설이고 있습니다. 글로벌 컨설팅 기업인 영국의 딜로이트의 ‘글로벌 자동차 소비자 전기차에 대한 인식 조사’ 결과를 보면 주된 이유는 전기차의 비싼 가격과 짧은 주행거리, 긴 충전 시간 등의 이유 때문입니다. 2015년 파리기후 협약 이후 각국은 온실가스 즉 이산화 탄소 배출 저감을 의무화하고 있습니다. 이산화탄소 배출의 가장 큰 비중을 차지하는 것이 수송 분야 즉 자동차입니다. 따라서 각국은 매우 강력한 환경 규제 시행을 예고하고 있고, 자동차 업체들은 연간 판매량의 최대 30%까지 전기차 의무 판매를 해야 합니다. 2025년 이후에는 가솔린 차량 기준 연비 30km를 달성해야 하는 강력한 환경 규제이며 이를 달성하지 못할 시 연간 영업이익보다 많은 벌금을 내야 하는 상황입니다.”

정 대표는 “소비자와 완성차 업계의 이러한 Pain Point를 해결하기 위해서는 전기차의 엔진에 해당하는 이차전지의 혁신이 필요하다”며 “이차전지의 혁신은 이차전지 소재의 혁신을 통해 달성할 수 있다”고 말했다.

시리에너지는 2가지 음극 소재를 사업하고 있다. 첫 번째가 실리콘 소재다. 기존에는 흑연이라는 탄소 소재를 음극 소재로 사용하고 있는데, 실리콘 소재를 사용하면 최대 10배의 용량 증대가 가능하다. 주행거리가 최대 2배까지 늘어난다. 리튬 이온을 받아들일 때 흑연 소재의 경우 한 개씩 리튬 이온을 받아들이는데 실리콘 소재의 경우 리튬이온을 동시다발적으로 받아들일 수 있다. 충전 속도 역시 향상이 가능하다.

“실리콘 소재의 이러한 장점에도 불구하고 충전 방전 시 실리콘 소재가 기존 크기보다 최대 300% 팽창하는 문제가 발생합니다. 따라서 이차전지 용량과 수명이 급격히 줄어드는 기술적 문제가 존재합니다. 이러한 이유로 실리콘 소재가 상용화가 지연되고 있습니다. 시리에너지는 실리콘 팽창을 억제할 수 있는 실리콘 팽창 억제 물질이 포함된 실리콘 복합체 소재를 개발했습니다. 기존 흑연 소재보다 약 3배 이상의 용량을 유지하며 100번의 충·방전 이후에도 용량 저감이 Zero 수준에 가깝습니다. 해당 결과는 국제학술지인 미국 화학회 표지논문으로 선정되기도 하였습니다.”

2번째 사업화 아이템은 리튬 소재다. “이차전지는 리튬 이온의 이동을 통해 전기를 충전하고 사용하는 디바이스라고 할 수 있습니다. 이차전지의 궁극적인 목적은 리튬 금속을 직접 이용하는 것이라고 할 수 있습니다. 리튬 금속을 전극으로 사용한다면 이론적인 용량과 수명은 무한대라 할 수 있습니다. 하지만 리튬금속 전극을 사용할 시 리튬 이온이 블균일하게 이동하며 뾰족하게 리튬 금속 전극이 성장하는 리튬 덴드라이트라는 기술적 문제가 발생합니다. 리튬 덴드라이트가 리튬 금속전극을 사용하는 이차전지의 용량과 수명을 급격히 저감하는 요인 더 나아가 폭발까지 일으키는 요인이 됩니다. 이를 해결하기 위하여 리튬 금속 전극 표면에 세라믹 물질과 같은 단단한 물질로 코팅층을 형성하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 기술개발이 진행되어 왔으나 기술적 문제점을 해결하는 데에는 한계가 있습니다. 시리에너지는 리튬 덴드라이트 성장의 근본 매커니즘을 규명하고, 이를 구조적으로 해결했습니다. 리튬 이온은 전기장을 통해 이동하게 되는데 지구라는 환경에서는 전기장의 분포가 불균일하므로 리튬이온의 불균일한 이동이 발생한다는 매커니즘을 바탕으로 불균일한 전기장 분포를 상쇄시키기 위한 이를 통해 리튬이온의 이동을 더 균일하게 하기 위한 3D 구조의 리튬 전극을 개발하였습니다. 이차전지 전문 제조회사는 전극을 롤프린팅 공정을 통해 양산하고 있는데, 리튬 금속 전극 역시 롤프린팅 공정으로 생산할 수 있도록 리튬 분말을 제조하는 기술 역시 개발하였습니다.”

시리에너지의 실리콘 소재 및 리튬소재는 기존 흑연보다 용량이 10배 높기에 전극의 두께는 최대 1/10 수준으로 줄일 수 있다. 줄어든 음극 두께만큼 양극의 두께를 늘릴 수 있기에 더 많은 리튬이온을 함유한 이차전지 셀 제조가 가능하다. 따라서 보다 얇으면서도 가벼운 이차전지 제조가 가능하고 이를 통해 전기차 주행거리가 향상되고 충전 속도가 향상될 것으로 예상한다.

정 대표는 “이차전지 팩 또는 모듈 관점에서도 전고체 전지는 별도의 냉각장치 또는 공간 없이 셀적층이 가능하기에 최대 2배 이상 배터리 집적이 가능해질 것”이라고 말했다. 덧붙여 “본 기업의 실리콘 복합체 소재와 3D 리튬 전극 및 분말은 액체전해질을 사용하는 이차전지와 고체전해질을 사용하는 전고체 전지 모두에 적용을 목표로 하고 있다”며 “이를 통해 전기차는 1회 충전 후 전기차 주행거리 1,000km 달성이 이뤄질 수 있다”고 말했다.

정 대표는 국내 다른 산업에서 배출되는 폐 실리콘 소재와 전기차의 이차전지 시스템으로 사용 후 나오는 양극재로부터 리튬을 재활용하는 기술개발을 국책과제 참여를 통해 시도하고 있는데 이를 통해 실리콘과 리튬 원료의 100% 국산화를 꾀하고 있다. 정 대표는 “차세대 음극소재 원료물질 100% 국산화를 통해 국내 이차전지 전문 제조회사 및 완성차 업계가 대외 환경에 영향 없이 차세대 전기차용 음극소재 확보에 안정적으로 기여를 하는 차세대 이차전지 음극 소재기업으로 성장하는 것이 궁극적 목표”라고 말했다.

주식회사 시리에너지는 정 대표를 비롯해 연구원으로 참여하고 있는 충남대 신소재 공학과 이종현 교수외 관련 인력들이 이 분야에서 20년 이상 연구 수행을 해온 사람들이다.

창업 후 정 대표는 “우리 아이템이 국가 산업의 발전에 이바지 할 수 있다는 것이 가장 보람된다”고 말했다.

앞으로의 계획에 대해 정 대표는 “사업아이템에 대해 2024년 각각 월 1kg 생산 이후 월 100톤 생산을 위한 스케일업이 진행될 것”이라며 “양산 품질 확보에 집중할 예정”이라고 말했다.

미국 품질 협회 인증 국제 공인 품질 전문가 (CQE, Certified Quality Engineer)이며 6 시그마 블랙벨트 보유 그리고 국제 트리즈 협회 인증 트리즈 전문가 (Triz Specialist) 이기도 한 정 대표는 “실험실 수준의 랩 스케일이 아닌 실리콘과 리튬소재의 성능 확보와 국내 산업에서 요구하는 양산품질 확보에도 전문적 지식을 바탕으로 노력하고 있다”고 말했다.

시리에너지는 사업 아이템의 우수성을 인정받아 2022년 과학기술정보통신부 주관 공공기술 기반 창업탐색 사업(한국형 아이코아 사업)에서 과기부장관상(대상)을 수여 받았으며, 2023년 서울대학교 시흥캠퍼스본부 예비창업패키지 사업에 선정됐다. 예비창업패키지는 참신한 아이디어, 기술을 가지고 창업을 준비 중인 예비창업자의 성공적인 창업 사업화를 지원하는 사업이다. 선발된 예비창업자에게는 최대 1억원(평균 4,700만원)의 사업화 자금과 창업 준비와 실행 과정에서 필요한 교육 및 멘토링을 제공한다.

설립일 : 2023년 10월
주요사업 : 연구개발업, 이차전지 및 소재 제조업 등
성과 : 2023년 8월 한국발명진흥원 IP 디딤돌 사업 선정, 2023년 7월 과학기술정보통신부 실험실 특화형 창업선도대학 지원 사업 선정, 2023년 7월 한국연구재단 ‘2023 K-Start up 경진대회’ 본선 진출, 2023년 2월 과학기술정보통신부 주관 공공기술기반 창업탐색사업 대상 (과기부장관상) 수상, 2022년 12월 이노폴리스 캠퍼스 사업 최우수팀

jinho2323@hankyung.com