울산과학기술원(UNIST)은 이 대학 에너지 및 화학공학부의 송현곤-곽상규 교수 공동연구팀이 생체반응을 모방한 촉매를 개발해 리튬-공기전지의 성능을 높이고 수명을 늘리는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
리튬-공기전지는 리튬이온 전지보다 에너지 밀도가 3~5배 높은 차세대 배터리다. 양극에서 반응에 관여하는 물질로 산소를 사용해 전지 무게가 가볍고 친환경적이라는 큰 장점이 있다. 하지만 전기를 사용하는 방전 과정에서 나오는 활성산소가 문제를 일으켰다. 활성산소는 반응성이 높고 불안정해 다양한 반응을 추가로 만들어내기 때문이다. 그 영향으로 배터리 전체 용량이 떨어지며 수명도 준다.
연구진은 이 문제의 해결책을 생체 내에서 찾아냈다. 우리 몸에도 활성산소가 만들어지며, 이를 제거하기 위해 항산화 효소가 존재한다는 데서 아이디어를 얻은 것이다. 생체 내에서 항산화 효소는 반응성 높은 활성산소를 과산화 이온과 산소로 바꾼다. 그 덕분에 세포들이 활성산소로부터 안전하게 지켜진다.
연구진은 항산화 효소의 원리를 모방한 촉매인 MA-C60(탄소 구인 플러렌에 카르복실산의 한 종류인 말론산이 연결된 구조)을 만들고, 리튬-공기전지의 양극에 적용했다. 이 촉매는 활성산소인 초과산화 이온을 과산화 이온과 산소로 바꿨다. 활성산소가 일으키는 추가적인 반응을 방지한 것이다.
제1 저자인 황치현 UNIST 에너지 및 화학공학부 연구조교수는 “인체 내에서 일어나는 활성산소 제거 메커니즘을 배터리에 적용한 새로운 시도”라며 “활성산소를 안정적이고 빠르게 리튬과산화물로 전환해 용량이 크고 안정성이 높으며 수명도 늘어난 리튬-공기전지 개발에 활용될 것”이라고 전했다.
송현곤 교수는 “이번 연구는 리튬-공기전지뿐 아니라 활성산소에 의해 부반응을 일으키는 다양한 고용량 전지의 전기화학적 특성을 향상시키는 데 많은 도움이 될 것”이라고 기대했다.
/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com
