전고체 배터리·무기발광 디스플레이 초격차 밑그림 나왔다

전고체 배터리·무기발광 디스플레이 초격차 밑그림 나왔다: 장연정 기자 / 기사승인 : 2023-08-29 17:45:22

정부, 배터리·디스플레이 등 3대 전략기술 R&D 로드맵 발표
차세대배터리 핵심 소재 상용화...나트륨이온전지 투자 확대
iLED디스플레이 기술선점 목표...첨단모빌리티표준 선점 추진

▲주영창 과학기술정보통신부 과학기술혁신본부장이 29일 서울 종로구 광화문교보빌딩 국가과학기술자문회의 대회의실에서 '제3회 국가전략기술특별위원회'를 주재하고 있다. <사진=연합뉴스>

2차전지(배터리), 반도체·디스플레이, 첨단 모빌리티 등 3대 국가전략 기술의 초격차 확보를 위한 R&D(연구개발) 로드맵이 나왔다.

이에 따라 전세계적으로 기술안보의 핵심으로 떠오른 이들 3대 전략기술의 초격차를 향한 민관 합동 개발이 급류를 탈 전망이다.

3대 국가전략기술은 지난 2월 정부가 발표한 '신성장 4.0' 전략의 근간을 이루는 첨단기술 분야이다. 과학기술정보통신부 주관아래 지난 5월 3대 전략기술 분야의 100대 세부 핵심기술 과제를 선정한 바 있으며, 3개월여만에 구체적인 로드맵이 공개된 것이다. 정부는 앞서 작년 11월 양자와 수소에 대한 중장기 기술개발 로드맵을 발표한 바 있다.

정부는 3대 국가적 전략기술의 초격차 확보를 위해 2027년까지 5년간 민간 156조원, 정부 4조5천억원 등 160조원 가량의 R&D자금을 선제적으로 투입, 초일류국가로 도약한다는 목표다.

■ 현존 리튬이온 배터리 이론적 기술 한계 극복 목표

과기정통부는 29일 서울 중구 국가과학기술자문회의에서 '국가전략기술 특별위원회' 제 3차 회의를 갖고 배터리, 반도체·디스플레이, 첨단 모빌리티 등 3대 국가전략기술의 임무중 심 로드맵을 심의·의결했다고 밝혔다.

로드맵은 기술 주권 확보가 필요한 핵심 기술을 식별, 오는 2030년까지 달성해야 할 각각의 임무를 설정하고 이를 토대로 길목 기술을 정하는 접근법을 적용해 만들었다.

과기정통부는 그간 전문가들과 관계부처가 참여한 전략기술 특위 산하 기술별 조정위원회와 과학기술혁신본부와 공동으로 만든 이 로드맵에 3대 국가전략기술별 각각의 중점 투자 방향과 관련 생태계 조성 방안 등을 담았다고 설명했다.

권석민 과기정통부 과학기술정책국장은 “경제안보적으로 시급성이 높은 3개 분야에 대한 전략 로드맵을 먼저 발표한 것”이라며 “기술패권 시대에 우리가 기술경쟁력을 확보하는 데 있어서 필수적인 분야에 과감히 선제적 투자를 단행하겠다는 의지”라고 강조했다.

로드맵에 따르면 배터리는 ▲리튬이온전지 셀·소재 ▲차세대 이차전지 ▲이차전지 모듈·시스템 ▲재사용·재활용 등을 4대 중점기술로 나눠 세부 목표를 제시했다.

▲2차전지 분야 전략로드맵. <자료=과학기술정보통신부제공>

정부는 우선 현재 배터리 시장 주력품목인 리튬이온전지의 경우 ㎏당 350Wh/kg급 에너지밀도를 구현하는 게 목표다.

현재 모바일기기나 전기차용 배터리의 에너지밀도는 260-Wh/kg가 한계점이다. 이를 350Wh까지 높인다면 중국, 일본 등 경쟁국의 기술수준을 압도하는 초격차 확보가 가능하다는게 전문가들의 공통된 의견이다.

정부는 이를 위해 니켈 함유량이 90% 이상인 하이니켈 양극재와 실리콘이 20% 이상인 실리콘계 음극재 같은 차세대 핵심 소재 기술도 조기에 확보하기로 했다.

현존하는 리튬이온전지 에너지밀도의 이론적인 한계를 극복하기 위해 기존 NCM계 양극재와 흑연계 음극재로는 어렵다는 판단에서다.

에너지밀도에 대한 전기자EV)의 높은 요구사항을 만족시키기 위해 리튬이온계 배터리가 아닌 리튬금속전지 상용화에도 박차를 가하기로 했다.

이와함께 반·전고체 전지 상용화(400wh/㎏)도 추진한다. 아예 리튬을 나트륨으로 대체하는 나트륨이온전지 연구를 위한 투자도 확대해 나갈 계획이다.

전고체 배터리는 리튬이온계 배터리의 최대 약점인 안전성 문제를 획기적으로 개선돼 '꿈의 배터리'로 불린다. 특히 축전지의 부피, 무게, 원가비중의 절반을 차지하는 분리막, BMS(배터리관리시스템), 냉각장치, 패키징 등을 생략할 수 있어 에너지밀도를 크게 높일 수 있다.

▲반도체 분야 전략로드맵. <자료=과학기술정보통신부제공>

반도체는 저전력과 고효율화에 집중한다는 목표이며, 디스플레이는 시장 1위 탈환을 목표로 차세대 기술 확보에 더욱 집중하기로 했다.

우선 반도체의 경우 초저전력 상황에서도 W당 10테라플롭스(1초당 1조번 연산 처리) 이상 효율을 낼 수 있는 고성능 설계기술을 개발하고, 국내 AI 반도체의 클라우드·데이터센터 적용을 위한 실증 소프트웨어 개발에도 나선다.

■ 차세대 디스플레이 개발 박차...완전자율주행 2027년 상용화

소재 기술의 혁신에도 속도를 낸다. 정부는 무엇보다 차세대 메모리 소자와 이종집적 칩렛 후공정, 화합물 전력 반도체, 극한 환경용 전원 자립형 센서 등도 핵심기술로 선정, 개발에 주력키로 했다.

디스플레이는 중국이 최근 우리나라가 선도하는 유기발광다이오드(OLED)까지 추격을 본격화하고 있는 상황을 고려, 무기발광(iLED), 유연·신축(프리폼), 소재·부품·장비 기술 등 3가지 중점기술을 통해 초격차를 달성한다는 전략이다.

특히 무기발광 디스플레이는 유기 물질을 발광 소자로 사용하는 OLED에 비해 수명과 밝기, 전력효율 등에서 강점을 나타내는 차세대 디스플레이이 핵심기술이다.

차세대 MR(복합현실)기기의 핵심부품인 마이크로 LED, 나노LED, 퀀텀닷(QD) 등이 대표적인 무기발광계 디스플레이로 분류되며 OLED의 한계를 뛰어넘는 기술로 알려지며 중국, 대만, 미국 등이 2025년 목표로 양산 기술에 투자를 확대하고 있다.