서울대 연구진이 전기자동차 배터리 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 2차전지 원천기술을 개발했다. 상용화된다면 현재 100~200㎞에 머무는 전기자동차의 1회 충전시 주행가능거리를 500㎞ 이상으로 늘릴 수 있는 기술이다.
서울대 공과대학은 강기석 재료공학부 교수 연구팀(임희대·이병주 연구원)이 차세대 이차전지로 주목 받고 있는 리튬-공기 전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 액상 촉매군 원천 기술 개발에 성공했다고 24일 밝혔다.
리튬-공기 전지는 기존의 리튬-이온 전지를 대체할 미래형 전지다. 상용 리튬-이온 전지에 비해 용량이 5~10배 가량 많고 친환경적이기 때문에 미래 전기 자동차 등의 핵심 기술로 여겨진다. 하지만 충전 시 높은 전압을 걸어주어야 하는 에너지 효율 문제와 전지를 사용하며 급격히 줄어드는 수명 문제 등으로 인해 개발이 어려웠다.
강 교수 연구팀은 이런 단점을 극복할 수 있는 액상 촉매군의 원천 기술 개발에 성공했다. 연구팀은 기존에 알려진 몇 가지 촉매 소재의 공통점을 양자역학 계산법을 통해 추출한 후 이를 이론적으로 높은 효율을 낼 수 있는 촉매 설계에 적용했다. 이를 바탕으로 리튬-공기에 적용가능 한 다수의 촉매소재들의 합성에 성공했다고 설명했다.
이번에 새롭게 개발된 촉매 중 DMPZ(Dimethylphenazine)를 리튬-공기 전지에 적용한다면 기존의 높은 충전 분극을 3분의 1 이하로 낮추어 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 연구팀에서는 이를 바탕으로 현대자동차와 협력해 리튬-공기 전지를 전기자동차에 실제로 적용시키는 방법을 개발 중에 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.
이번 연구는 소재 설계 방법론 제시를 통해 다수의 고효율 촉매군을 개발한 점에서 차세대 리튬-공기 전지를 개발했다는 평가를 받고 있다. 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 런던 시간 기준 23일에 온라인 게재됐다.
황정환 기자 jung@hankyung.com
(사진 설명) 왼쪽부터 강기석 서울대 교수, 임희대 연구원, 이병주 연구원
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