한국연구재단은 김동완 고려대 교수 연구팀이 리튬과 산소의 산화와 환원을 이용해 전류의 흐름을 유도하는 '차세대 리튬-공기 이차전지'용 고성능 촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.

현재 많이 사용되는 리튬-이온 이차전지는 가솔린을 사용하는 내연기관에 비해 에너지 밀도가 낮아 전기자동차 적용시 장거리 주행이 사실상 어려웠다.

때문에 기존 리튬-이온 이차전지에 비해 에너지 밀도가 5~15배 이상 높은 리튬-공기 이차전지가 주목돼 왔다. 하지만 리튬-공기 이차전지는 충전 속도가 느리고 수명이 짧은 문제를 갖고 있다.

리튬-공기 이차전지의 공기극 촉매로 카본계, 귀금속계, 전이금속 등 소재연구가 진행돼 왔다. 대부분 수명이 낮거나 귀금속계는 가격이 높아 저가의 금속산 화물계 촉매 연구의 필요성이 대두돼 왔다.

연구팀은 기존 리튬-공기 이차전지의 문제를 해결하기 위해 망간 몰리브덴 산화물(MnMoO₄) 나노선을 합성한 후 리튬-공기 이차전지의 공기극 촉매에 적용했다. 그 결과 리튬-공기 이차전지로도 고속 충전이 가능하고 기존 탄소계 촉매 적용 전지에 비해 수명이 5배나 향상되는 것을 확인했다.

개발된 나노촉매는 리튬-공기 이차전지의 높은 에너지밀도를 장기간 유지하면서, 고속 충전을 구현할 수 있어 전기차 적용 가능성도 높다는게 연구팀의 설명이다.

이번연구는 미래창조과학부와 한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)으로 지원됐다. 성과는 에너지 분야 국제적인 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 (Advanced Energy Materials) 3월 22일자 표지 논문으로 게재됐다.

김동완 교수는 "이 연구는 리튬-공기 전지용 저가 촉매 신소재를 디자인하고, 대량합성이 용이한 나노공정을 개발한 것"이라면서 "기존 탄소계 촉매에 비해 충전 속도와 수명이 크게 향상되었다. 개발된 이차전지를 전기차에 적용할 경우 주행거리 증가와 장기간 사용이 가능하게 될 것이다"고 실용화 가능성을 강조했다.