기술패권 경쟁시대, 첨단산업 초격차 이끄는 우수나노기업-⑲이큐브머티리얼즈 전관구 대표

“이큐브머티리얼즈, 단일벽 CNT 양산해 실리콘 음극재 성능 기여할 것”

■이큐브머티리얼즈에 대한 회사 소개를 부탁드린다.

㈜이큐브머티리얼즈(E-Cube Materials)는 산업에 필요한 첨단소재를 경제적인 신기술로 만들어 내겠다는 목표로 ’17년 설립됐다. 설립 이후 고가의 리튬이온전지용 실리콘 음극재를 기존대비 절반의 가격으로 생산이 가능하도록 개발했으며, 더욱 고가였던 단일벽 탄소나노튜브는 30% 이상 가격을 낮출 수 있는 경제적인 신기술을 개발했다.

8년간 다양한 소재 개발을 시도하며 현재 이큐브머티리얼즈는 이차전지용 음극재와 도전재 회사로 성장했다. ’20년부터 시작한 실리콘 음극재를 올해 개발을 완료하고 연산 36톤 규모의 공장을 설립했으며, ’23년부터 시작한 이차전지 도전재용 단일벽 탄소나노튜브는 올해 랩스케일에서 성공해 연구개발용 샘플을 공급 중이다.

이큐브머티리얼즈는 실리콘 음극재 개발을 성공적으로 완료해 전북 김제시에 생산라인 1기를 세팅했다. 현재는 랩스케일 개발이 완료된 단일벽 탄소나노튜브의 파일럿플랜트 설립을 위해 신규로 Series-A 투자유치 중에 있으며, 2개의 사업을 성공적으로 시장에 진출시키고자 한다.

■현재 개발 중인 주요 제품과 그 현황은?

이차전지 소재 산업에서는 단일벽 탄소나노튜브 수요가 많은데, 옥시알社가 시장의 90% 이상을 점유하고 있는 독점체제로 수요를 충분히 만족시키지 못하고 있다.

이에 국내 최초의 단일벽 탄소나노튜브 공급사가 되기 위해 ’23년부터 개발을 시작했으며, 올해 연구장비로 하루 10g씩 생산해 연구기관과 전지용 분산액 개발사에 공급하고 있다.

▲ 이큐브머티리얼즈의 단일벽 탄소나노튜브

단일벽 탄소나노튜브는 직경 1.4nm의 세상에서 가장 작은 직경의 파이프형 물질로, 탄소 원자 한 개 두께의 막을 가진 속이 빈 빨대형 물질이기에 부피가 굉장히 크다.

일반적인 탄소 밀도는 2.1g/cm3인 반면에 CVD로 합성된 단일벽 탄소나노튜브는 0.02g/cm3에 불과해 100배 큰 부피를 가지고 있다. 큰 부피로 인해 가스분해에 의한 분말·증착막 생산방식인 CVD로 생산되는 속도 역시 1/100로 느려져서 가격은 kg당 200만원을 넘어간다.

단일벽 탄소나노튜브의 중요성은 전기차 등에 사용되는 고용량 리튬이온전지의 수명을 비약적으로 늘려준다는데 있다. 전기차 주행거리를 늘리기 위해선 실리콘 음극재를 넣어서 용량을 늘려야하나, 그 경우 전지 수명이 줄어드는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결할 유일한 소재가 바로 단일벽 탄소나노튜브다. 단일벽 탄소나노튜브는 실리콘 음극재를 거미줄 형태로 감싸는 능력이 탁월해 충방전 때마다 반복되는 팽창과 수축에도 처음의 전기전도성을 꾸준히 유지시켜준다.

현재 전세계 단일벽 탄소나노튜브 생산량은 연간 70톤에 불과한데, ’35년에는 1,000톤이 필요하다. 실리콘 음극재 생산량은 매해 30%씩 늘어나는데 비해, 단일벽 탄소나노튜브 생산량은 5년간 15% 늘어나는데 그쳤다.

단일벽 탄소나노튜브는 투자비가 많이 들어가고 불량 발생률이 높아서 대량 생산이 쉽지 않은 소재다. 이큐브머티리얼즈는 착실히 기초를 다져 실패 없이 대량생산에 들어갈 수 있도록 견고한 기술적 기초를 만들어 가고자 한다.

이큐브머티리얼즈는 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 ’26년 연간 240kg을 생산할 수 있는 파일럿플랜트 장비를 만들어, 생산한 단일벽 탄소나노튜브로 고객 품질평가를 실행하고 불량 발생률 저감 기술을 개발할 계획이다.

이후 ’27년에 연간 1.3톤을 생산할 수 있는 양산장비를 만들어 1년 정도 가동시킬 계획으로, 본격적인 공장설립은 ’28년에 연간 10톤 생산이 가능할 전망이므로 양산까지 3년이 걸릴 계획이다.

’30년에는 연산 100톤으로 시장점유율 10% 정도가 가능할 전망으로, 나머지 90%는 중국이 차지할 것으로 예상돼 중국을 견제하고 점유율을 높이기 위한 빠른 자본투자와 사업 확장이 필요하다.

▲ 이큐브머티리얼즈의 단일벽 탄소나노튜브 번들의 전자현미경 사진

단일벽 CNT 파일럿플랜트 장비 개발, ’28년 연 10톤 생산 전망

나노소재 구조·제어기술 향상, 이차전지 소재 개발·글로벌 시장 진출 계획

■나노소재의 상용화 성공을 위해 필요한 정부의 지원 방안이나 규제 개선 사항이 있다면?

이큐브머티리얼즈가 개발하는 탄소나노튜브는 세상에서 가장 작은 직경의 소재로 개발과정이 어려워서 품질을 유지하며 대량생산하는 것이 가장 큰 난관이다.

지방에 위치한 기업연구소는 초기 생산에 개발자가 참여하는 과정이 필요하기 때문에 공장과 연구소를 멀리 떨어뜨릴 수 없다. 따라서 성장 가능성 있는 인재를 데려와 성장시키는 과정이 필요하다.

그러나 신소재·신기술이므로 당장의 경력자가 없어 교육시킬 연구원 등 인재양성이 시급하며, 대량생산을 위해 화학반응과 공정에 대한 시뮬레이션이 수차례 필요해 이를 위한 R&D와 인건비 등 자금투자도 최우선적으로 요구된다.

아울러 해외전시회 참관과 해외연수 등 인재들의 능력을 함양하고 성장시키기 위한 기회가 마련된다면 더욱 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 생각된다.

■향후 지속 성장을 위한 이큐브머티리얼즈의 대응 전략과 글로벌 시장 진출 계획은?

나노산업은 ’10년 이후 FE-SEM(전계방출형주사현미경), PSA(입도분석기)와 같은 분석 장비가 많이 보급되며 나노소재의 산업적 성과가 나오고 있다. 현재는 나노소재를 보다 쉽게 제조하고 분석할 수 있는 시대가 돼, 앞으로 나노소재에서 더욱 많은 산업적 성과가 나올 것으로 기대된다.

지금까지의 나노소재는 더 작게 만드는 것에 집중했다면, 앞으로는 분석기기의 성능 향상으로 더욱 정밀하고 균일하게 제어가 가능해 모양과 구조, 표면상태 같은 한 차원 높은 제어기술들이 필요할 것으로 보인다.

이큐브머티리얼즈는 실리콘 음극재의 나노실리콘 구조를 더 세밀히 제어하는 기술과 단일벽 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위한 표면처리 기술, 나트륨 전지용 음극 신물질 개발 등을 시작으로 다양한 아이디어를 테스트 중이다.

향후 이차전지 소재와 같이 전 세계가 필요로 하는 소재를 개발하고 다양한 파트너와 협력해 지분을 확보, 고객 및 글로벌 기업 협력 등을 통해 글로벌 시장에 진출할 계획이다.

이큐브머티리얼즈는 더욱 고도화된 기술로 나노소재 시장 확대에 기여하겠다.