"리튬이온전지 수명 늘릴 수 있다"

류원희 숙대 교수 등 개발...인공 광합성 촉매 적용

광합성 반응을 모사한 리튬공기전지가 개발돼 전지의 성능, 수명을 끌어올릴 수 있게 될 전망이다.

한국연구재단은 류원희 숙명여자대학교 교수와 류정기 울산과학기술원 교수 공동연구팀이 인공 광합성 촉매를 적용해 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

현재 상용되는 리튬이온전지는 전기자동차의 주행거리가 200~300km 내외에 그치며, 한 번 충전으로는 서울에서 부산까지 가기 어렵다. 리튬공기전지는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 2~3배 높으며, 500km 이상 장거리 전기차 주행이 가능할 것으로 기대된다.

리튬공기전지의 한계는 구동할 때의 생성물로 인해 전지의 수명이 저하된다는 것이다. 리튬공기전지의 성능을 높이기 위해선 고효율 촉매가 도입돼야 하며, 상용화를 위해 촉매는 친환경적이고 저렴해야 한다.

연구팀은 자연모사 광합성 기술에서 사용되는 물분해 촉매 물질을 리튬공기전지에 도입해 이를 해결했다. 리튬공기전지 내부 전해액에 폴리옥소메탈레이트(POM)라는 촉매를 분산 도포해 전기화학적인 반응을 촉진하고 용량과 수명을 늘렸다.

자연광합성을 모사한 리튬공기전지용 고효율 촉매기술개발 모식도. 자연광합성 시 식물 내에 존재하는 물산화반응 망간복합체를 모사한 폴리옥소메탈레이트를 이용해 이전의 물분해 시스템뿐 아니라 차세대 전지인 리튬공기전지에도 적용해 효율을 높이는 데 성공했다.

촉매인 폴리옥소메탈레이트는 형광등과 같은 생활의 빛에서 촉매 활성을 잃어버린다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 이 특성을 활용하면 빛으로 촉매 활성을 자유자재로 켜고 끄는 ‘광 스위치’로도 발전시킬 수 있다고 설명했다.

류원희 교수는 “이 연구는 리튬공기전지 기반의 전기자동차 상용화에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 전문 학술지 'ACS 카탈리시스'에 6월 25일 게재됐다.