차세대 이차전지의 광합성 반응 모사 가능해져

[산업일보]
현재 상용되는 리튬이온전지로는 전기자동차의 주행거리가 200~300 km 내외에 그치며, 한 번 충전으로는 서울에서 부산까지 가기 어렵다. 반면 리튬공기전지는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 2~3배 높으며, 전기자동차가 500 km 이상 장거리 운행할 것으로 기대된다.

이에, 광합성 반응을 모사한 리튬공기전지가 개발돼, 차세대 전지 기술의 새로운 연구방향이 기대된다. 류원희 교수(숙명여자대학교)와 류정기 교수(울산과학기술원) 공동연구팀이 인공광합성 촉매를 적용해 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

리튬공기전지는 구동할 때의 생성물로 인해 전지의 수명이 저하되는 한계가 있다. 리튬공기전지의 성능을 향상시키기 위해서 고효율 촉매가 도입돼야 하며, 전기자동차의 대중화를 위해 촉매는 친환경적이고 저렴해야 한다.

연구팀은 자연모사 광합성 기술에서 사용되는 물분해 촉매 물질을 리튬공기전지에 도입했다. 리튬공기전지 내부의 전해액에 폴리옥소메탈레이트(Polyoxometalate, POM)라는 촉매를 분산 도포함으로써 전기화학적인 반응을 촉진시키고 용량과 수명을 크게 향상시켰다.

또한 촉매인 폴리옥소메탈레이트는 형광등과 같은 생활의 빛에서 촉매 활성을 잃어버린다는 사실을 밝혀냈다. 이 독특한 특성을 활용하면 빛으로 촉매 활성을 자유자재로 켜고 끄는 ‘광 스위치’로 발전시킬 수 있다.

류원희 교수는 “이 연구는 기초화학과 에너지·환경공학이 결합한 융합 연구로서, 자연광합성을 모사한 인공광합성 기술이 신개념 전지기술로 적용될 수 있는 교두보를 마련했다”며, “리튬공기전지 기반의 전기자동차 상용화에 도움을 줄 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.

류 교수는 “리튬이온이차전지의 성능이 한계에 다다르면서 새로운 구동방식의 리튬공기전지의 도입이 해결책으로 제시되고 있다. 이 연구에서 보고하는 자연광합성 모사기술을 이용한 리튬공기전지용 촉매기술은 리튬공기전지의 상용화를 위한 돌파구가 될 수 있을 것으로 기대된다”고 언급했다.

덧붙여 “환경-에너지 융합기술의 개발은 국가경쟁력을 좌우할 국가기반 기술이며, 이 연구와 같은 기초화학-공학 분야의 교차결합연구는 다양한 신개념 기술을 도출할 수 있는 아이디어를 제공할 것으로 기대한다”고 류 교수는 설명했다.