대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 상가랴쥬 샨무감 에너지공학전공 교수 연구팀이 차세대 이차전지 리튬공기전지의 효율과 수명을 향상시키는 촉매관련 핵심기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 기존 리튬공기전지가 갖던 단점을 해결할 수 있는 원천기술로, 향후 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.
리튬공기전지는 기존 리튬이온전지보다 에너지밀도가 3~5배 이상 높고 무게가 가볍다. 하지만 수명이 짧고 효율이 낮은 단점이 있다. 또 충전에 쓰이는 일반적인 촉매인 백금이나 산화이리듐도 내구성이 낮고 가격이 비싸 이차전지 상용화에 걸림돌이었다.
연구팀은 전지를 충전하는데 필요한 촉매에 대한 연구에 주목했다. 리튬공기전지의 양극과 음극에 전류를 원활하게 흐르도록 도와주는 촉매로써 황화니켈코발트(NiCo2S4)를 활용해 촉매를 사용하지 않았을 때보다 리튬공기전지의 방전 시 생성되는 리튬과산화물(Li2O2)를 효과적으로 분해하도록 했다. 이는 충전 시 필요한 과전압을 감소시켜 전지 충전 효율과 용량을 개선하는 효과를 가져왔다.
또 리튬공기전지가 갖는 그래핀 구조 표면에 황화니켈코발트(NiCo2S4)를 코팅, 전지 수명도 개선했다. 전지 수명 개선은 전지가 활발히 작동하는 동안 전극 표면에서 발생하는 부가적인 화학반응을 막는데 달려있다. 연구팀은 이를 위해 황이 첨가된 리튬공기전지 그래핀 표면에 황화니켈코발트로 코팅시킨 새로운 전극을 개발했다. 전지 수명을 낮추고 방전을 유도하는 물질과의 직접 접촉을 차단시켰다.
상가라쥬 샨무감 교수는 “향후 전기자동차나 로봇 등 다양한 산업분야에 활용이 기대되는 리튬공기전지의 상용화를 앞당겼다는데 의미가 있다”면서 “리튬공기전지의 짧은 수명과 용량을 개선하는 원천기술을 확보한 만큼 향후 상용화 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 DGIST 연구운영비 지원을 통해 진행된 이번 연구 성과는 최근 재료과학분야 세계적 학술지 '어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈' 온라인판에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
