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Science news

생체모방 소재로 차세대 리튬이차전지 기술 개발(04.24)

강기석 서울대·박찬범 KAIST 교수·조성백 ADD 박사 공동연구

기존 이차전지·전극소재 한계 극복…고성능·고용량·친환경 갖춰



▲ 왼쪽부터 강기석 서울대 교수, 박찬범 KAIST 교수, 조성백 ADD 박사. ⓒ 2014 HelloDD.com



국내 연구진이 생체 내 에너지 생성과정을 모방해 만든 '생체 유래 유기소재'를 활용해 차세대 친환경 리튬 이차전지를 개발할 수 있는 길을 열었다.


ADD(국방과학연구소)는 강기석 서울대학교 재료공학부 교수, 박찬범 KAIST(한국과학기술원) 신소재공학과 교수, 조성백 ADD 국방전원기술팀 박사로 구성된 공동연구팀이 생체 유래 유기소재의 나노복합체를 합성해 차세대 리튬 이차전지용 전극소재의 원천기술을 개발했다고 24일 밝혔다.


이번 연구결과는 생체재료와 리튬전지 분야의 융합연구를 통해 리튬전지 소재개발 분야에 새로운 해결방안을 제시했다는 평가를 받고 있다.


이차전지는 한 번 쓰고 버리는 일차전지와 달리 전기에너지를 화학에너지로 전환해 저장했다가 필요할 때 전기를 만들어 쓸 수 있다. 지금까지 리튬 이차전지의 양극소재는 전지 고용량화에 한계가 있고 전지 생산이나 재활용 시 환경오염을 유발시킨다는 문제점이 있었다.


연구팀은 이에 대한 대안으로 생체 유래 유기소재를 전극소재로 활용했다. 하지만 생체 유래 유기소재 역시 에너지 밀도가 높지만 전자의 흐름이 어렵고 전해질 용해도가 높아 리튬이차전지 양극소재로 적용하는 데 한계가 있었다.




▲ 연구결과가 게재된 '어드밴스드 머티리얼스'지 후면 표지. <사진=ADD 제공> ⓒ 2014 HelloDD.com


 

연구팀은 이러한 한계를 나노복합체 합성법으로 해결했다. 이 방법은 복잡한 합성과정 없이 탄소나노튜브 표면에 생체 유래 유기소재를 나노 크기로 재배열하는 방식으로, 리튬이차전지의 출력과 수명을 크게 향상시켰다. 


현재 연구팀은 이러한 유기 소재 나노복합체를 리튬이차전지로 활용하기 위한 대용량 전지 제조기술을 개발 중이며 무기체계 활용을 위한 적용성 연구를 계획하고 있다.


강기석 서울대 교수는 "무겁고 독성이 있는 전이금속 대신 생체 유래 물질을 나노구조체로 합성함으로써 고에너지를 빠르게 저장할 수 있다는 것을 확인했다"며 "앞으로 모든 전극이 생체 유래 유기소재로 구성된 소위 'Biological battery'도 가능할 것으로 보인다"고 설명했다.


조성백 ADD 박사는 "기존 전지에 비해 안전성이 우수하고 유연한 전지를 제작할 수 있어 미래 병사용 전원으로 활용 가능성이 높다"고 말했다.


한편 연구결과는 재료 및 응용분야 세계 최고권위지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 최신호 후면 표지논문으로 선정됐다.