“독자 기술 기반 이차전지용 SWCNT 원가·품질 혁신, 글로벌 공급기업 도약”

▲ ㈜이큐브머티리얼즈 전관구 대표

생산 속도 3배 향상 ‘조촉매’ 개발 성공, ’28년 年産 1톤급 양산 설비 구축

전도성·분산성 2배 개선 ‘표면 기능화’ 기술 개발, 소재 공급망 독립 기여

■㈜이큐브머티리얼즈가 여러 나노소재 가운데 실리콘 음극재와 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)를 핵심 사업으로 선택한 이유는?

이차전지는 휴대용 기기를 넘어 전기차(EV) 및 에너지저장시스템(ESS)으로 확장된 이후, 시장의 요구는 언제나 ‘고용량·고속충전·장수명’에 집중돼 왔다.

현재의 리튬이온전지 체계에서 이 세 가지 요구사항을 가장 효율적으로 충족할 수 있는 조합이 바로 ‘실리콘 음극재’와 ‘단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)’다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 대비 5배 이상의 용량과 빠른 충전 속도를 자랑하지만, 수명이 짧다는 문제점이 있다.

이를 보완해주는 핵심 소재가 SWCNT로, 견고한 전도성 네트워크를 형성하여 실리콘 음극재의 수명을 3배 이상 향상시킨다. 이러한 기술적 우수성으로 인해 이차전지 강국인 한국·중국·일본 모두 실리콘 음극재와 SWCNT의 대량생산 기술 확보를 위해 치열하게 경쟁하고 있다.

▲ 이큐브머티리얼즈 SWCNT와 전자현미경 사진

■이큐브머티리얼즈는 SWCNT 양산 시설 투자와 함께 CNT를 효율적으로 생산하는데 필요한 촉매 개발에 집중하고 있다. 각각 진행 상황과 향후 계획에 대해 듣고 싶다

2024년 SWCNT 합성장치를 개발하여 1년간 시험생산을 진행한 결과, 대량생산의 최대 걸림돌이 반응관 크기 대비 극히 낮은 생산 속도임을 확인했다.

SWCNT는 약 1.4 나노미터(nm) 크기의 철(Fe) 촉매에서 메탄이 분해되고 탄소 원자가 모여 튜브 형태로 자라나는 원리인데, 생산량을 늘리기 위해 촉매를 일정 수준 이상 투입하면 직경이 큰 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 등 원치 않는 형태가 형성된다. 이에 기존 기업들은 반응관의 크기를 키우는 장비 중심의 해결책에 집중해 왔다.

당사는 장비 대형화 방식만으로는 후발주자로서 한계가 있다고 판단, 2025년부터 화학적 반응 원리를 근본적으로 개선하는 연구에 착수했다. 그 결과 메탄의 분해속도를 획기적으로 올리는 ‘나노합금 구조의 조촉매(Cocatalyst)’를 독자 개발하는 데 성공했다.

기존에는 철 촉매 혼자서 ‘메탄 분해(CH₄ → C + 2H₂)’와 ‘SWCNT 성장’이라는 두 가지 역할을 모두 수행했으나, 신기술은 조촉매가 메탄을 빠르게 분해해 풍부한 탄소 원자를 공급하고, 철 촉매는 SWCNT 합성만 전담하는 ‘역할 분담’ 구조를 완성한 것이다. 이를 통해 SWCNT 생산 속도를 기존 대비 3배 상승시켰으며, 생산 원가를 대폭 절감할 수 있는 기틀을 마련했다.

최근 특허 출원과 기술임치를 완료했으며, 연간 500kg 규모의 조촉매 생산 설비를 구축했다. SWCNT 양산 설비 투자는 조촉매 개발에 집중함에 따라 전략적으로 양산 로드맵을 재정비하여, 2027년 연산 240kg 규모의 1차 양산 라인을 구축하고 2028년에는 연산 1톤급 상업 생산 장비를 개발해 본격적인 SWCNT 상업 판매에 나설 예정이다.

▲ 이큐브머티리얼즈가 개발한 SWCNT용 조촉매(Cocatalyst)와 전자현미경 사진

■SWCNT 상용화 성공을 통한 국내 소재 공급망 강화를 위해 필요한 정부의 지원 방안이나 규제 개선에 대한 건의사항이 있다면

최근 나노 소재 분야의 기술 개발은 단일 기업의 노력만으로는 성공하기 어렵다. 당사의 조촉매 개발 역시 국공립 연구기관의 기술 자문과 협력기업과의 네트워크가 있었기에 가능했다. 동종·이종 산업 간 기업, 연구기관, 대학이 유기적으로 소통할 수 있는 산·학·연 네트워크 지원이 절실하다.

정부 차원에서도 이러한 소규모 실용 연구 네트워크의 형성을 활성화하고, 구심점이 되는 연구기관들이 산학 협력 및 기업 지원 활동을 보다 적극적으로 펼칠 수 있도록 정책적·재정적 지원을 강화해주기를 기대한다.

■SWCNT는 이차전지 산업을 중심으로 성장하고 있으나 글로벌 시장에서 중국 SWCNT 기업들의 영향력이 날로 커지고 있다. 이큐브머티리얼즈의 글로벌 기술 초격차 확보를 위한 사업전략에 대해 듣고 싶다

2026년 CIBF(중국국제배터리박람회)에서도 확인할 수 있듯, SWCNT 자체 생산을 추진하는 중국 기업이 15개 이상으로 급증했다. 아직은 일부 기업을 제외하고 대량생산 단계는 아니나, 한국·일본에 비해 양적·질적으로 크게 앞서고 있는 것은 사실이다. 국내 산업계 역시 SWCNT 주도권이 중국으로 이동할 것으로 보고, 중국산 소재 수입을 선제적으로 검토하는 기업들이 늘어나는 추세다.

하지만 SWCNT 시장은 이제 막 개화하는 단계이며, 기술 발전의 여지가 매우 크다. 초기에 수입에 의존해 중국 소재에 대한 종속성을 키우는 것은 국내 이차전지 산업 전체를 보아도 바람직하지 않다.

이큐브머티리얼즈는 조촉매 성분을 추가 개량하여 생산속도를 기존 대비 5배 이상 끌어올림으로써, 세계 최고 수준의 가격 경쟁력을 확보할 것이다. 이와 더불어 SWCNT의 한계점으로 지적되는 전기전도성과 분산성을 2배 이상 향상시키는 ‘표면 기능화(Surface Functionalization) 기술’을 연구기관과 공동 개발 중이며, 내년부터 본격적인 샘플 공급이 가능할 전망이다.

당사는 ‘독보적 원가 경쟁력’과 ‘고성능 표면 기능화 기술’이라는 투트랙 전략을 통해, 3년 내 글로벌 시장에서 기술과 품질을 모두 잡은 독보적인 SWCNT 핵심 공급사로 도약하겠다.