김덕준 캐탈리온스 대표

-고체 상태에서 액체 전해질에 버금가는 이온전도도를 보이며, 전기화학적 안정성, 난연성, 유연성 등이 매우 우수한 고체 전해질 소재 생산

[성균관대학교 창업중심대학 스타트업 CEO] 차세대 이차전지용 고체 전해질을 제조하는 스타트업 ‘캐탈리온스’
캐탈리온스는 차세대 이차전지용 고체 전해질을 제조하는 스타트업이다. 성균관대학교 화학공학부 교수인 김덕준 대표(64)가 2024년 11월에 설립했다.

핵심 아이템은 현재 산업적으로 관심이 많은 차세대 전고체 이차전지의 핵심 소재인 고체 전해질을 제조 생산하는 것이다.

기존의 리튬이차전지는 액체 전해질을 사용하고 있기 때문에 누액, 발화, 폭발 등 안전성 문제가 끊임없이 보고되고 있다. 이 외에도 전극 교체의 어려움에 따른 고에너지 출력의 확보에 한계가 있다는 점, 액체의 누액 방지를 위한 금속 봉지제 사용에 따라 중량이 많이 나가고 제조 과정이 복잡하다는 점, 유연성을 확보할 수가 없어 응용성 확장에 한계가 있다는 점 등 많은 문제점을 가지고 있다.

“액체 전해질을 고체 전해질로 바꾸게 되면 이러한 문제를 동시에 해결할 수 있습니다. 많은 전지 관련 회사에서 오래전부터 관심을 가져오고 있습니다. 하지만 기술적·가격 경쟁력 측면에서 상당한 어려움을 겪어오고 있습니다. 캐탈리온스는 오랫동안의 연구개발을 통해 고체 상태에서 액체 전해질에 버금가는 이온전도도를 보이며, 이 외에 전기화학적 안정성, 난연성, 유연성 등이 매우 우수한 고체 전해질 소재를 저렴한 가격 (경쟁 고체전해질 대비 1/10 이하로 평가)으로 제조 생산하는 데 성공하였습니다.”

개발된 고체전해질은 기존의 그라파이트-NCM, LFP 등 상용 전지뿐 아니라 리튬-황, 아연-바나듐 등 차세대 이차전지에도 잘 적용되는 것을 확인했다. 또한, 본 소재는 이차전지용 고체 전해질막 이외에 금속 전극 보호막이나 전극 바인더로도 활용이 가능하다. 김 대표는 “응용성이 매우 크다고 할 수 있다”라며 “이러한 점들이 우리 아이템의 경쟁력”이라고 강조했다.

“제품의 주요 수요처는 전고체 전지의 개발·양산을 추진 중인 국내외 전지 제조사 및 전지를 탑재한 완성품 제조사입니다. 특히 고에너지 밀도와 제조 공정의 단순화를 요구하는 고객층이 핵심 타겟이라고 할 수 있습니다. 조금 더 구체적으로 말씀드리면 국내에서는 전고체 전지 상용화를 추진 중인 LG에너지솔루션, 삼성SD, SK온 등의 대형 전지 제조사와 현대자동차, 기아자동차 등 EV 제조사, 한화큐셀, LS일렉트릭, 두산중공업 등의 ESS 제조사, 그리고 최근에 급성장을 보이고 있는 로봇, 드론 제조사 등의 완성품 제조사로 분류할 수 있습니다. 미국, 일본, 유럽 중국 등 해외를 포함하게 되면 이차전지 관련 회사가 매우 많습니다. 2030년 기준으로 전해질 시장은 약 70조원 정도로 예상됩니다. 캐탈리온스 제품의 판로 개척을 위해서는 중장기적으로 전해질 소재 제조 회사로서 전지 제조사, 전지 탑재 완성품 제조사 등으로 이어지는 수직적 공급망 체계를 확보하는 것이 매우 중요하다고 봅니다.”

김 대표는 “전고체 전지 시장은 아직 초기 단계로, 조기 진입을 통해 시장 선점이 가능할 것으로 판단된다”며 “셀 제조사를 대상으로는 기술 설명회, 산업 전시회, 전문 컨퍼런스 등에 참여하여 제품의 홍보에 노력할 계획이며, 이후 B2B 기반의 시제품 공급 및 피드백 협력. 공동개발, 맞춤형 납품 체계로의 확장이 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

“완성품 제조사와는 배터리 파트너사와의 공동 프레젠테이션 및 기술 설명회를 통해 실사용 연계 가능성을 검토하고 협업 기반을 강화할 계획입니다. 궁극적으로, 전해질 소재의 생산, 기술이전 및 라이선스 계약 등 다양한 수익화 모델을 통해 단계적인 시장 진입 및 매출 창출을 도모하고자 합니다.”

캐탈리온스는 실험실 특화형 창업선도대학 사업, 창업중심대학 창업기업사업 지원을 통한 소액 연구개발비를 유치했으며, 최근에는 개인 투자조합 투자와 함께 TIPS 사업 유치에 성공했다. 이러한 투자 유치를 통해 현재 벤치 스케일의 제조 생산 공정을 구축하고 있으며, 추후 공정의 최적화를 통해 시제품을 얻게 되면, 수요처에 공급함으로써 판로를 개척할 계획이다.

“수요처 확보와 제조 공정 스케일업에 필요한 자금을 유치해야 하는 만큼 2027년까지 VC나 Pre-series A, Series A 등의 투자 유치를 위해 노력할 것입니다.”

김 대표는 어떻게 창업하게 됐을까. “오랫동안 실험실에서 전해질 관련 연구를 수행해 오면서 최근 산업적으로 응용성이 매우 높은 요소 기술로서의 연구 결과를 얻는 데 성공했습니다. 정년을 얼마 남지 않은 상황에서 논문으로만 발표하고 지나치는 것보다는 좀 더 적극적으로 산업현장에 도움을 주는 것이 보람 있는 일이라고 판단하게 되어 상담을 통해 실험실 창업의 권유를 받게 되었습니다. 33년 동안의 교육과 연구를 통해 ‘원료로부터 인간 사회에 필요한 제품을 화학적, 물리적 변화를 통해 효율적이고 경제적으로 대량 생산한다’는 화학 공정의 중요성을 항상 학생들에게 강조해 왔는데 화학공학자의 한사람으로서 기회가 있으면 이러한 공학의 의미와 중요성을 실제로 구현해야 한다는 의무감과 사명감이 잠재되어 있었다는 점도 창업을 하게 된 계기라고 할 수 있을 것 같습니다.”

창업 후 김 대표는 “캐탈리온스의 창업 아이템이 산업적으로 응용성이 매우 큰 전 고체 이차전지의 개발과 상업화에 조금이나마 도움이 될 수 있겠다는 점이 가장 큰 보람”이라며 “공학자로서 창업에 대한 잠재적 희망과 꿈을 현실화하였다는 점이 뿌듯하다”라고 말했다.

앞으로의 계획에 대해 김 대표는 “투자 유치를 통해 전해질 제조 공정의 스케일-업을 진행할 것”이라며 “스케일-업 공정 구축 및 최적화를 통해 국내외 2027년 초 시제품 공급, 2028년 매출 및 라이선스 공급을 통한 수익 창출을 목표로 하고 있다”고 말했다.

설립일 : 2024년 11월
주요사업 : 차세대 이차전지용 고체전해질 제조
성과 : 실험실 특화형 창업선도대학 사업, 창업중심대학 창업기업사업, TIPS 사업 유치

이진호 기자 jinho2323@hankyung.com