리튬공기배터리의 수명과 효율을 높일 수 있는 첨가제가 개발됐다. 기존 배터리보다 주행거리가 2배 이상 긴 리튬공기배터리의 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다.
곽원진 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구진은 서성은 아주대 화학과 교수진, 슈밍첸 오벌린대학교 교수진과 함께 리튬공기배터리용 산화환원 매개체인 'BAC'를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)에 1월 3일 게재됐다.
리튬공기배터리는 음극으로 리튬을 사용하고 양극의 활물질로 공기 중 산소를 이용하는 전지 시스템이다. 전기차에 쓰이는 리튬이온배터리보다 용량이 최대 5배 커, 주행거리를 기존보다 2배 이상 늘릴 수 있는 특징이 있다. 그러나 높은 충전 전압이 필요하고, 내부에서 생성되는 활성산소로 인해 성능이 저하되는 문제가 있었다.
이 문제를 해결하는 물질이 산화환원 매개체다. 산화환원 매개체를 쓰면 낮은 전압으로도 배터리를 충전할 수 있다. 덕분에 에너지 효율은 높이고 전지에 걸리는 과부하는 줄여 수명을 늘릴 수 있다.
연구진은 활성산소와 잘 반응하지 않는 산화환원 매개체를 개발했다. 연구에 따르면 BAC는 활성산소의 한 종류인 일중항산소에 노출된 후에도 배터리 충전 전압을 3.5V 수준으로 유지했다. 또 충전 과정에서 방출되는 산소의 비율도 82%에서 79%로 유지했다. 기존 산화환원 매개체가 일중항산소에 노출되면 충전 전압이 증가하고 산소 발생량이 50% 이상 감소하는 것과 비교한 큰 차이다.
곽원진 교수는 "리튬공기배터리는 활성산소종에 의해 다양한 부반응이 나타나며, 이를 제어하는 것이 기술 발전을 위해 필수적"이라며 "이번 연구에서 개발한 전해질 첨가제는 리튬공기배터리 성능을 높이는 동시에 다양한 촉매 개발에도 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
참고자료
Advanced Materials(2025), DOI : https://doi.org/10.1002/adma.202415805