리튬 이온 배터리에 대한 전 세계 수요는 전기차, 드론, EVTOL(전기 수직 이착륙 항공기)을 포함한 소비자 애플리케이션뿐 아니라 AI 서버 백업 전원 장치(BBU), 재생에너지 저장 시스템(ESS), 자동화 로봇 공학을 비롯한 산업 분야에서도 급증하고 있다. 이러한 성장으로 배터리 에너지 밀도와 사이클 수명을 크게 향상할 수 있는 SWCNT에 대한 수요가 더욱 증가하고 있다.
카본 블랙이나 다중벽 탄소나노튜브 슬러리와 같은 기존의 전도성 소재와 달리 SWCNT 전도성 페이스트는 우수한 전기 전도성, 기계적 강도 및 화학적 안정성을 제공하여 첨단 배터리 조성물에 점점 더 중요한 소재로 자리 잡고 있다.
그러나 SWCNT 분말의 대량 생산이 만만치 않은 과제인 이유는 고수율과 고순도를 모두 달성하기 위해 촉매와 반응 조건을 정밀하게 제어해야 하는 고온 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 공정 때문이다.
2015년에 세계 최초로 SWCNT 대량 생산에 성공한 제논(Zeon)은 독자적인 슈퍼 그로스(Super Growth) 기술을 활용하여 높은 종횡비, 고순도, 넓은 표면적을 특징으로 하는 SWCNT 제품인 제오나노(ZEONANO®)를 생산하고 있다.
SWCNT 도입의 또 다른 주요 과제는 분산(dispersion)이다. SWCNT는 수성 및 비수성 매질 모두에서 응집하여 낮은 분산성을 보이는 경향이 있기 때문에 배터리 제조 시 전극 슬러리에 균일하게 통합하는 작업이 복잡하다.
제온은 최근 시노 어플라이드 테크놀로지(SiAT)와 파트너십을 통해 2000만달러 규모의 시리즈 C 펀딩 라운드를 주도하여 차세대 배터리 기술의 핵심 나노 소재인 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT) 전도성 페이스트의 생산 능력 확대를 지원할 예정이다.
배터리 나노 소재 분야에서 20년 이상 전문성을 쌓아온 SiAT 팀은 이번 파트너십에 독점적인 노하우를 제공하여 배터리 전극에 맞춰진 안정적인 전도성 페이스트 제품에 SWCNT를 균일하게 분산하는 작업을 가능하게 한다.
2024년부터 제온과 SiAT는 성공적인 협력을 통해 고르게 분산된 SWCNT 전도성 페이스트인 LSC2102(NMP 기반) 및 LSC1101(수성)을 출시했다. 이 제품들은 배터리 제조업체의 엄격한 평가를 통과했으며, 리튬 배터리 음극과 양극에 극소량의 SWCNT를 사용하는 것만으로 에너지 출력과 사이클 수명을 향상시킬 수 있음을 입증했다. 이는 특히 실리콘 음극 및 기타 고용량, 고속 성능 애플리케이션에 매우 중요하다.
제온은 다른 유명 대만 벤처 파트너들과 함께 SiAT의 2000만달러 시리즈 C 펀딩 라운드의 주요 투자자로 참여했다. 이 자금으로 SiAT는 2030년까지 연간 전도성 페이스트 생산 능력을 2만5000톤으로 확대하는 것을 목표로 하고 있다. 이와 동시에 제온은 SiAT의 주요 공급업체로서의 역할을 수행할 예정이다.
SWCNT는 배터리 응용 분야를 넘어 금속, 고무, 플라스틱 복합재, 반도체 등 여러 산업 분야에서 혁신적인 잠재력을 지니고 있다. 고유한 특성 덕분에 고전도 기능성 고무, 고열 전도성 소재, 구조 보강재, 고성능 멤브레인 등의 혁신을 가능하게 한다. 양사는 이를 계기로 산업 전반에 걸쳐 SWCNT 응용 분야를 확장해 나갈 예정이다.
