전기차 등에 적용 가능한 리튬-공기 이차전지 실용화 기대


미래창조과학부(장관 최양희)·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)의 지원으로 연구를 수행한 김동완 교수(고려대) 연구팀은  전기차에 응용이 기대되는 차세대 이차전지 중 리튬과 산소의 산화와 환원을 이용해 전류의 흐름을 유도하는 차세대 리튬-공기 이차전지용 고성능 촉매를 새롭게 개발했다.


* 리튬 : 원자번호 3번인 가장 가벼운 금속  
* 리튬-공기 이차전지 : 리튬 금속의 산화(음극)와 산소의 환원(양극, 공기극)을 이용하여 전류흐름을 유도하는 전기화학 전지. 이차전지란 건전지 등 한번 쓰고 버려지는 전지가 아니라 충전하여 재사용이 가능한 전기화학전지를 의미한다.

망간 몰리브덴 산화물(MnMoO4) 나노선 리튬-공기전지 촉매의 고속 충전 및 장수명 특성. 산소 결함이 다량으로 포함되어 있는 망간 몰리브덴 산화물(MnMoO4) 나노선을 합성하여 충·방전 시에 산소와 리튬 산화물을 효과적으로 분해할 수 있는데 이를 충전과 방전을 하면서 실제 산소 이용 효율을 계산하여 밝혀냈다.

리튬-공기 이차전지는 리튬-이온 이차전지에 비해 에너지 밀도가 5∼15배 이상 높다. 하지만 리튬-공기 이차전지는 충전 속도가 느리고 수명이 짧은 문제점을 가지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 망간 몰리브덴 산화물(MnMoO4) 나노선을 리튬-공기 이차전지용 공기극 촉매로 처음 개발한 결과, 20분 대로 고속 충전이 가능하고 기존에 보고된 탄소계 촉매 적용 전지에 비해 리튬-공기 이차전지의 수명이 5배가 향상됐다.

*리튬-이온 이차전지 : 1991년 상용화된 흑연(음극)과 리튬을 함유한 금속산화물(양극)을 이용   한 대표적 이차전지. 현재 대부분의 스마트폰, 노트북, 전기차 등에 사용 
* 에너지 밀도 : 단위 중량 (kg) 또는 단위 부피 (L)당 에너지량 (Wh/kg 또는 Wh/L) 
* 망간 몰리브덴 산화물(MnMoO4) 나노선 :  망간과 몰리브덴 금속이 산소와 결합된 지름이 수십     나노 (10-9 m)인 선모양 산화물 소재  
 * 공기극 : 리튬-공기 이차전지의 양극으로 산소의 환원/산화가 일어남. 산소의 환원/산화를 도   와주는 촉매가 필요


김동완 교수(고려대) 연구팀의 연구는 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 것이다. 기존 탄소계 촉매에 비해 충전 속도와 수명이 크게 향상됐다. 개발된 이차전지를 전기차에 적용할 경우 주행거리 증가와 장기간 사용이 가능하게 될 것이다. 아직까지 연구 초기단계인 차세대 대용량 에너지 저장장치인 리튬-공기 이차전지의 실용화를 앞당길 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

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