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‘노화 막는 원리’로 ‘배터리 수명’늘려…UNIST, 항산화작용 모방한 이차전지 촉매 개발

2019-08-08박응서 기자

계산화학을 통해 개발 촉매 첨가 유무에 따른 예상 반응 경로를 추정했다. 사진제공 UNIST

우리 몸은 활성산소를 제거하는 작용을 통해 노화를 지연시킨다. 국내 연구진이 이 원리를 배터리에 활용해 수명을 늘리는 방법이 개발됐다.

UNIST는 에너지 및 화학공학부의 송현곤-곽상규 교수 공동연구팀이 생체반응을 모방한 촉매를 개발해, 리튬-공기전지의 성능을 높이고 수명을 늘리는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

리튬-공기전지는 리튬이온 전지보다 에너지 밀도가 3~5배 높은 차세대 배터리다. 양극에서 반응에 관여하는 물질로 ‘산소(O)’를 사용해 전지 무게가 가볍고 친환경적이라는 큰 장점이 있다. 하지만 전기를 사용하는 방전 과정에서 나오는 ‘활성산소’가 문제를 일으킨다. 활성산소는 반응성이 높고 불안정해 다양한 반응을 추가로 만들기 때문이다. 이로 인해 배터리 용량이 떨어지며 수명도 준다.

연구진은 이 문제의 해법을 몸에서 찾았다. 우리 몸에서 활성산소가 만들어지며, 이를 제거하기 위해 항산화효소(SOD)가 존재한다는 데서 아이디어를 얻은 것이다. 생체 내에서 항산화 효소는 반응성 높은 활성산소를 ‘과산화이온’과 ‘산소’로 바꾼다. 그 덕분에 세포들이 활성산소로부터 안전하게 지켜진다.

연구진은 항산화효소의 원리를 모방한 촉매인 MA-C60을 만들고, 리튬-공기전지의 양극(공기극) 쪽에 적용했다. 이 촉매가 활성산소인 초과산화이온을 과산화이온과 산소(O₂)로 바꿨다. 활성산소가 일으키는 추가 반응을 방지한 것이다. 또 여기서 나온 물질이 전지 효율을 높였다.

송현곤 교수는 “이번 연구는 리튬-공기전지뿐 아니라 활성산소에 의해 부반응을 일으키는 다양한 고용량 전지의 전기화학적 특성을 향상시키는 데 많은 도움이 될 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 재료 분야의 저명한 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS nano)’에 7월 18일자로 공개됐다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr