UNIST-숙명여대 연구팀, 인공광합성 촉매 적용해 리튬 공기전지용 시스템 개발

자연광합성을 모사한 리튬공기전지용 고효율 촉매기술개발 모식도.<사진=한국연구재단 제공>
자연광합성을 모사한 리튬공기전지용 고효율 촉매기술개발 모식도.<사진=한국연구재단 제공>
국내 연구진이 광합성 반응을 모사한 리튬공기전지를 개발, 차세대 전지기술의 새로운 연구방향이 기대된다.

한국연구재단은 류정기 UNIST 교수와 류원희 숙명여대 교수 공동연구팀이 인공광합성 촉매를 적용해 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

현재 상용되는 리튬이온전지로는 전기자동차의 주행거리가 200~300km 내외에 그친다. 한번 충전으로 서울에서 부산까지 가기 어려운게 사실이다.

반면 리튬공기전지는 기존보다 에너지밀도가 2~3배 높고 전기자동차는 500km 이상 장거리 운행이 가능할것으로 전망된다. 그러나 리튬공기전지는 구동할 때 생성물로 인해 전지의 수명이 저하되는 한계가 있다.

때문에 리튬공기전지의 성능을 높이기 위한 고효율 촉매 도입이 요구돼 왔다. 또 촉매는 전기자동차 대중화를 위해 친환경적이고 저렴해야한다는 의견이 있었다.

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 2배정도 향상시켰다.

또 촉매인 폴리옥소메탈레이트는 형광등과 같은 생활의 빛에서 촉매 활성을 잃어버린다는 사실을 밝혀냈다. 이 독특한 특성을 활용하면 빛으로 촉매 활성을 자유자재로 켜고 끄는 '광 스위치' 촉매시스템으로 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.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다. 결과는국제학술지 ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)에 지난달 25일 게재됐다.
 

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