'노화 막는 원리'로 배터리 수명 늘리는 방법 개발

송현곤·곽상규 UNIST 교수팀, 인체 항산화작용 모방 이차전지 촉매 개발

리튬공기전지 시스템에서 예상되는 불균등화 반응 메커니즘

[아시아경제 김철현 기자] 우리 몸은 활성산소를 제거하는 작용을 통해 노화를 지연시킨다. 국내 연구진이 이 원리를 배터리에 적용해 수명을 늘리는 방법을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)은 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 장점이 있다. 하지만 전기를 사용하는 방전 과정에서 나오는 활성산소가 반응성이 높고 불안정해 배터리 전체 용량이 떨어지고 수명이 준다는 문제가 있다.

연구진은 이 문제 해결책을 위한 아이디어를 우리 몸에서도 활성산소가 만들어지며, 이를 제거하기 위해 항산화 효소가 존재한다는 데서 얻었다. 연구진은 항산화 효소의 원리를 모방한 촉매인 'MA-C60'을 만들고 리튬-공기전지의 양극 쪽에 적용했다. 이 촉매는 활성산소인 초과산화 이온을 과산화 이온과 산소로 바꿨다. 활성산소가 일으키는 추가적인 반응을 방지한 것이다.

또 활성산소가 분해돼 나온 물질들은 도넛 형태의 리튬과산화물 형성을 촉진해 전지의 효율을 높였다. 양극 표면에 얇은 막 형태로 만들어지는 리튬과산화물은 산소와 전자의 전달을 방해하지만 리튬과산화물이 도넛 형태로 만들어지면 이런 부작용이 덜해진다.

송현곤 교수는 "이번 연구는 리튬-공기전지뿐 아니라 활성산소에 의해 부반응을 일으키는 다양한 고용량 전지의 전기화학적 특성을 향상시키는 데 많은 도움이 될 것"이라고 했다. 이번 연구는 재료 분야의 저명한 국제학술지 '에이씨에스 나노'에 최근 공개됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr