국내 연구팀, 광합성 반응 모방한 리튬공기전지 개발


▲국내 연구팀이 광합성 시 식물 내 존재하는 물산화반응 망간복합체를 모사한 폴리옥소메탈레이트를 이용해 기존 물분해 시스템뿐 아니라 차세대 전지인 리튬공기전지에 적용함으로써 효율을 높이는 데 성공했다. [그림=한국연구재단 제공]

식물의 자연 광합성 반응을 모방한 친환경적인 리튬공기전지가 숙명여대·UNIST 연구팀에 의해 개발됐다. 

한국연구재단은 류원희 교수(숙명여자대학교), 류정기 교수(UNIST) 공동연구팀이 인공광합성 촉매를 적용해 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

현재 상용되는 리튬이온전지로는 전기자동차의 주행거리가 200~300km 내외에 그친다. 한 번 충전으로는 서울에서 부산까지 가기 어렵다. 반면 리튬공기전지는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 2~3배 높아 500km 이상 장거리 운행이 가능할 것으로 기대된다.  

하지만 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 자연 모사 광합성 기술에서 사용되는 물분해 촉매 물질을 리튬공기전지에 도입했다. 리튬공기전지 내부의 전해액에 폴리옥소메탈레이트(POM)라는 촉매를 분산 도포함으로써 전기화학적인 반응을 촉진시키고 용량과 수명을 크게 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’로 발전시킬 수 있다. 

류원희 교수는 "인공 광합성 기술이 신개념 전지에 적용될 수 있는 교두보를 마련했다"면서 "리튬공기전지 기반 전기자동차 상용화에 도움을 줄 것으로 기대한다"고 밝혔다. 
 
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 국제전문학술지 ACS 카탈리시스에 지난달 25일 게재됐다.
 
IT뉴스 / 임정호 기자 art@