강기석 서울대 공과대학 재료공학부 교수 연구팀은 차세대 이차전지로 주목 받고 있는 리튬-공기 전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 액상 촉매군 원천 기술 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. 연구팀은 이 기술을 현대자동차와 전기자동차에 실제로 적용시킬 방법을 개발하고 있다.
리튬-공기 전지는 기존의 리튬-이온 전지를 대체할 미래형 전지다. 상용 리튬-이온 전지에 비해 용량이 약 5~10배 많고 친환경적이라 미래 전기 자동차의 핵심 기술로 여겨지고 있다. 하지만 에너지 효율 문제와 전지를 사용하며 급격히 줄어드는 수명 문제 등 풀어야 할 난제들로 개발이 어려웠다.
연구팀은 이런 단점을 극복 할 수 있는 액상 촉매군 원천 기술 개발에 성공했다. 연구팀은 기존에 알려진 몇 가지 촉매 소재의 공통점을 양자역학 계산법으로 뽑아내 이론적으로 높은 효율을 낼 수 있는 촉매 설계에 적용했다. 이를 바탕으로 리튬-공기에 적용가능 한 다수의 촉매소재의 합성에 성공했다.
개발된 촉매 중 DMPZ(Dimethylphenazine)를 리튬-공기 전지에 적용하면 기존 높은 충전 분극을 3분의 1 이하로 낮춰 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 연구팀은 현대자동차와 리튬-공기 전지를 전기자동차에 적용시킬 방법을 개발하고 있다.
강 교수는 “리튬-이온 전지를 대체할 차세대 이차전지 개발은 전기자동차, 신재생 에너지의 대용량 전력 저장 시장 선점을 위해 매우 중요하다”며 “이번 연구 결과가 리튬-공기 전지의 상용화 가능성을 높이는 계기가 될 것”이라고 말했다.
연구 결과는 에너지 분야 학술지 `네이처 에너지(Nature Energy)`에 23일 온라인 게재됐다. 해당 연구는 강기석 서울대 교수, 조경재 미국 텍사스대 교수가 지도하고 임희대, 이병주 서울대 연구원이 주도적으로 연구했으며 현대자동차의 지원을 받아 진행됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
