생체 유래 유기소재를 활용하여 차세대 친환경 리튬 이차전지를 개발할 수 있는 길이 국내 연구진에 의해 열렸다.

서울대학교 공과대학 재료공학부 강기석 교수와 KAIST 신소재공학과 박찬범 교수, 국방과학연구소 국방전원기술팀 조성백 박사로 구성된 공동 연구팀은 생체 유래 유기소재(생체 내 에너지 생성과정을 모방하여 만든 소재)의 나노복합체를 합성하여 차세대 리튬 이차전지용 전극소재의 원천기술개발에 성공하였다고 밝혔다.

지금까지 리튬 이차전지의 양극소재는 전지 고용량화에 한계가 있고, 전지 생산 및 재활용 시 환경오염을 유발시킨다는 문제점이 있었다. 연구팀은 이에 대한 대안으로 생체 유래 유기소재를 전극소재로 활용하였다.

생체 유래 유기소재는 에너지 밀도가 높지만 전자의 흐름이 어렵고 전해질 용해도가 높아 리튬이차전지 양극소재로 적용하기에 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 나노복합체 합성법으로 해결하였다. 이 방법은 복잡한 합성과정 없이 탄소나노튜브 표면에 생체 유래 유기소재를 나노 크기로 재배열하는 방법으로써 리튬이차전지의 출력 및 수명을 크게 향상시켰다.

현재 연구팀은 이러한 유기 소재 나노복합체를 리튬 이차전지로 활용하기 위한 대용량 전지 제조기술을 개발 중이며, 무기체계 활용을 위한 적용성 연구를 계획하고 있다.

강기석 교수는 "무겁고 독성이 있는 전이금속 대신 생체 유래 물질을 나노구조체로 합성함으로써 고에너지를 빠르게 저장할 수 있다는 것을 확인하였으며, 향후 모든 전극이 생체 유래 유기소재로 구성된 소위 'Biological battery'도 가능할 것으로 보인다"고 설명했다.

이번 연구는 국방과학연구소의 선행핵심기술개발사업 "생체 기반 군사용 리튬이차전지 전극 소재 개발”과제로 진행되었다. 조성백 박사는 "기존 전지에 비해 안전성 및 비용량이 우수하고 유연한 전지를 제작할 수 있어 미래 병사용 전원으로 활용 가능성이 높다"고 설명했다.

이 연구결과는 생체재료분야와 리튬전지분야의 융합연구를 통해 리튬전지 소재개발 분야에 새로운 해결방안을 제시하고 나아가 실제 전지 적용가능성을 제시한 우수한 연구사례로 평가받고 있다. 연구결과는 재료 및 응용분야 세계 최고권위지인『어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)』 최신호의 후면 표지논문으로 선정되었다.

 

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