공기로 충전하는 전기차 배터리 나올까… KAIST, ‘리튬-공기 배터리’ 촉매 개발

조선비즈
  • 김윤수 기자
    입력 2020.06.01 10:00

    리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도 10배 높은 차세대 배터리 상용화 기대

    강정구 한국과학기술원(KAIST) 교수(왼쪽)와 최경민 숙명여대 교수(오른쪽). /KAIST 제공
    국내 연구진이 공기 중의 산소로 충전되는 ‘리튬-공기 배터리’의 짧은 수명 문제를 해결할 촉매를 개발했다.

    강정구 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수와 최경민 숙명여대 화공생명공학부 교수 공동 연구팀은 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬-공기 배터리용 에너지 저장 전극 촉매를 개발했다고 1일 밝혔다.

    리튬-공기 배터리는 기존의 리튬-이온 배터리보다 10배 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 대체할 전기차용 배터리로 주목받고 있다. 무엇보다 공기 중의 산소를 이용해 충전하는 방식이라 친환경적이고 가볍다는 장점이 있다. 하지만 배터리 구동 시 과전압이 발생해 수명이 짧아진다는 한계가 있다.

    연구팀은 이를 해결하기 위해 신소재 금속유기구조체(MOFs)를 이용해 1나노(nm·10억분의1미터) 이하의 원자 크기의 촉매를 개발했다. MOFs는 1g만으로도 축구장 크기의 넓은 표면적을 갖는다. 연구팀은 MOFs가 가진 원자 크기의 기공(공기구멍)들 안에서 만들어지는 코발트 수산화물을 이용하면 리튬-공기 배터리의 수명을 크게 개선할 수 있음을 발견했다.

    연구팀은 이 촉매를 넣어 배터리에 넣어 구동한 결과 과전압이 63.9% 낮아지고, 수명에 해당하는 사이클 수가 3배 늘어남을 확인했다.

    강 교수는 "금속유기구조체 기공 내에서 원자 수준의 촉매 소재를 동시에 생성하고 안정화하는 기술은 금속유기구조체 종류에 따라 다양화가 가능하다"며 "다양한 소재 개발로 확장할 수 있다는 의미"라고 설명했다.

    이번 연구결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 5월 6일자로 게재됐다.



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