차세대 이차전지 핵심 소재, 남극 바다에서 찾았다

극지연구소와 경희대 연구진이 남극에서 차세대 이차전지에 쓸 수 있는 핵심 소재를 찾았다.

윤의중 극지연구소 책임연구원은 이정태 경희대 융합바이오신소재공학과 교수팀과 함께 남극 세종기지 인근 바다에서 채집한 홍조류 커디에아 라코빗자에(Curdiea racovitzae)에서 상용 바인더의 기능을 획기적으로 높일 수 있는 물질을 찾았다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 머티리얼즈 투데이(Materials Today) 3월호에 실렸다.

리튬-황 전지는 차세대 이차전지로 주목 받고 있다. 배터리 용량이 크고, 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 데다 원재료도 쉽게 구할 수 있다. 하지만 배터리 충·방전 과정에서 황의 성질이 변하거나 바인더가 팽창하면서 성능이 떨어지는 문제 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다.

바인더는 전극 재료를 묶어두고 전기적 연결을 유지해 이차전지 성능을 결정짓는 핵심 부품이다. 리튬-황 전지 개발 과정에서도 황의 기능 발현과 안정성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.

연구진은 홍조류에서 분리한 복합 다당체 ‘CRP’를 바인더로 활용하면 개미굴과 같은 복잡한 3차원 구조를 유도하는데, 이 구조가 리튬-황 배터리의 성능과 안정성을 높이는 것을 확인했다. 기존 상용 바인더 대신 CRP를 사용하면 배터리 용량 유지 성능이 100% 향상됐고, 개미굴처럼 생긴 다공성 구조에서는 빈 공간들이 배터리가 충·방전을 지속할 때 발생하는 내부 부피팽창을 수용할 수 있어서 장기간 사용해도 전극의 형태가 안정적이었다.

연구진은 이 물질에 대한 국제 특허를 진행하고, 대량 배양 기술 확보와 후보물질 추출 효율을 높이기 위한 후속 연구를 진행 중이다. 국내 해조류에서 비슷한 성능을 지닌 물질을 찾을 수 있는 지도 살피고 있다.

이정태 교수는 “배터리 사용량이 지속적으로 증가함에 따라 지속 가능한 원료의 중요성이 커지는 만큼 바이오소재를 활용한 이차전지 소재 개발은 앞으로 더욱 주목받을 것”이라고 말했다. 신형철 극지연구소 소장은 “남극을 잘 보존하면서 지혜롭게 활용하기 위한 대한민국 극지연구의 도전은 계속될 것”이라고 말했다.

참고 자료

Materials Today(2025), DOI : https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.006