제이솔루션이 반도체·태양광 공정에서 버려지는 실리콘 부산물을 정제해 차세대 음극재를 만들고, 초기 공급 목표인 1톤 생산을 위한 파일럿 공정 검증에 들어갔다.
11일 배터리 업계에 따르면 전북 전주의 기능성 화학소재 기업 제이솔루션은 웨이퍼 절단 공정에서 나오는 실리콘 부산물을 회수·정제해 다공성 실리콘·탄소 복합 음극재를 제조하고 있다.
실리콘 음극재는 흑연계 음극재의 이론 용량 한계인 1g당 372밀리암페어시(mAh)를 수배 이상 뛰어넘을 수 있어 배터리 밀도를 높일 '게임체인저'로 꼽힌다. 다만 충·방전을 반복할 때마다 부피가 300% 이상 팽창해 입자가 깨지고 전극 구조가 무너지는 결함이 있다.
제이솔루션은 소금 결정을 임시 주형으로 쓰는 다공성 구조 설계로 이 문제를 풀었다. 미세 가공한 실리콘 분말과 소금 결정, 탄소 전구체를 섞어 고온 열처리로 탄소 뼈대를 만든 뒤 물로 소금을 녹여내면 소금 자리에 미세한 기공이 남는다. 이 공간이 충전 시 팽창하는 실리콘을 완충하는 원리다.
다만 기술적 타당성과 실제 양산 비즈니스는 차원이 다르다. 핵심 승부처는 부산물의 균일성과 정제 공정비에 있다. 웨이퍼 가공 과정에서 나오는 실리콘 슬러지는 절삭유와 각종 금속 이물질이 뒤섞여 있다.
배터리 음극재는 극미량의 금속 불순물에도 내부 단락(쇼트)이나 화재가 날 수 있을 만큼 품질 민감도가 높다. 제이솔루션은 순도를 99.9%까지 끌어올리고 입자 크기를 200나노미터(nm) 이하로 제어하는 정제 기술을 내세운다. 그러나 배출처나 공정 변화에 따라 달라지는 슬러지 조성을 일정 품질로 정제하는 데 드는 화학처리·세척 비용은 고정비와 직결된다.
'소금 주형' 공정도 톤 단위로 확장하면 경제성 장벽을 만난다. 소금을 섞고 구운 뒤 대량의 물로 세척해 용출시키고 건조하는 과정은 대규모 폐수 처리와 에너지 소모를 동반한다. 제이솔루션이 제시한 초기 목표 판매가격은 1kg당 100∼130달러 수준이다.
복잡한 습식·열처리 공정과 원료 정제 비용이 원가를 압박하면 기존 합성 실리콘 및 실리콘산화물(SiOx) 계열 양산 기업과의 가격 경쟁에서 우위를 점하기 어려워진다.
그럼에도 제이솔루션은 사업 출발점에서 일반 기술 스타트업과 다른 궤적을 그린다. 2019년 설립된 이 회사는 태양광·반도체 공정에 쓰이는 절삭유와 페이스트를 납품해 온 화학 소재 업체다.
기존 공정 소재 공급 사업으로 2023년 약 9억6500만 원, 2024년 약 9억9700만 원의 매출을 올렸고 2025년에도 10억 원대 매출 기반을 유지했다. 외부 투자 유치에만 의존하는 초기 배터리 스타트업과 달리 자체 현금흐름으로 신소재 연구개발을 병행하는 구조다.
절삭유 납품 현장 네트워크를 역으로 활용해 실리콘 부산물 회수 공급망을 설계한 점도 현장 밀착형 사업화 전략으로 평가된다.
이 회사는 전북대학교 산학협력단으로부터 폐자원 활용 음극재 기술을 이전받고, 2023년 한국탄소산업진흥원으로부터 특허기술을 출자받아 공공 연구소기업으로 지정됐다. 현재는 전체 사업비 21억8000만 원 규모의 국책 연구개발 과제에 참여해 다이나믹인더스트리, 전북대 등과 폐태양광 패널 유래 실리콘의 음극재 전환 실증 연구까지 외연을 넓히고 있다.
관건은 실험실 단위 평가를 넘어 대량 생산 환경에서도 일관된 전기화학적 성능과 마진을 입증하는 것이다. 제이솔루션의 1차 목표치는 흑연에 실리콘을 7% 블렌딩했을 때 방전 용량 480mAh/g, 초기 충·방전 효율 80%를 달성하는 것이다.
이는 흑연 이론 용량 대비 약 29% 높은 수치로, 실리콘 비율을 무리하게 높이기보다 실제 상용 파우치 셀이나 각형 배터리에 무리 없이 탑재될 수 있는 현실적 타협점을 겨냥했다. 첫 1톤 공급은 연구실 아이디어가 실제 시장의 원가·품질 규격을 충족하는 제조 비즈니스로 안착할 수 있는지를 가늠하는 시험대가 될 전망이다.
