독성이나 폭발성이 없는 생체 유기소재를 적용한 이차전지 소재 기술이 국내에서 처음으로 개발됐다. 안정성과 고성능 확보는 물론이고 폐기 시 오염 물질을 배출하지 않아 국내 이차전지 경쟁력이 한층 높아질 전망이다.
조성백 국방과학연구소 박사·강기석 서울대 재료공학부 교수·박찬범 KAIST 신소재공학과 교수로 구성된 공동 연구팀은 생체 유래 유기소재의 나노복합체를 합성해 적용한 리튬 이차전지용 전극소재 원천기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
지금까지 리튬계 이차전지 양극소재는 전지 고용량화의 한계성과 생산·재활용 시 환경오염을 유발한다는 문제가 제기돼 왔다. 이에 연구팀은 생체 유래 유기소재를 전극소재를 활용한 전극소재 개발로 이를 극복했다. 생체 유래 유기소재는 에너지 밀도가 높지만 전자 흐름이 어렵고 전해질 용해도가 높아 리튬계 이차전지 양극소재에 적용하기에 한계가 있었다. 하지만 연구팀은 나노복합체 합성법을 적용해 리튬이차전지의 출력과 수명을 크게 향상시켰다.
합성법은 복잡한 합성 과정 없이 탄소나노튜브 표면에 생체 유래 유기소재를 나노 크기로 재배열하는 방법이다. 이에 안정성은 물론이고 고성능·고용량·친환경 장점을 모두 갖췄다는 평가다. 연구팀은 유기 소재 나노복합체를 리튬 이차전지로 활용하기 위한 대용량 전지 제조기술을 개발 중이며 무기체계 활용을 위한 적용성 연구에 착수할 방침이다.
조성백 박사는 “무겁고 독성이 있는 전이금속 대신 생체 유래 물질을 나노구조체로 합성해 높은 에너지를 빠르게 저장할 수 있다는 기술을 개발했다”며 “모든 전극이 생체 유래 유기소재로 구성된 ‘바이오 배터리(Biological battery)’ 개발도 가능할 것”이라고 말했다. 이어 “기존 전지에 비해 안전성과 용량 확장성이 우수해 미래 병사용 전원으로 활용할 수 있다”고 덧붙였다.
이번 연구는 국방과학연구소 선행핵심기술개발사업 ‘생체 기반 군사용 리튬이차전지 전극 소재 개발’ 과제로 진행됐다. 이번 연구결과는 생체재료분야와 리튬전지분야 융합연구를 통해 리튬전지 소재개발 분야에 실제 상용 가능성을 제시한 연구사례로 평가받고 있다.
박태준기자 gaius@etnews.com
