리튬공기 이차전지 핵심기술 개발
리튬공기 이차전지 핵심기술 개발
KAIST-경기대 공동연구팀, 나노섬유·그래핀 복합촉매 개발
  • 최재근 기자
  • 승인 2013.09.05 17:07
  • 댓글 0
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▲ 김일두, 박용준, 전석우 교수<사진 좌로부터>
차세대 초고용량 전지로 주목받고 있는 리튬공기 이차전지의 핵심기술이 국내연구진에 의해 개발됐다. 상용화로 전기차에 적용한다면 서울-부산을 전기차로 왕복할 수 있는 시대을 열 수 있다.

KAIST(총장 강성모) 신소재공학과 김일두(39)·전석우(38) 교수와 경기대학교 신소재공학과 박용준 교수 공동연구팀은 나노섬유·그래핀 복합촉매를 개발하고 리튬공기 이차전지에 적용해 리튬이온 이차전지 보다 용량이 5배 높은 ‘리튬공기 이차전지’를 만드는 데 성공했다.

연구 결과는 나노 분야 권위 있는 학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 8월 8일자 온라인판에 게재됐다.

연구팀이 이번에 개발한 ‘리튬공기 이차전지’는 음극은 리튬, 양극은 산소를 사용, 음극과 양극에 각각 흑연과 리튬전이금속산화물로 구성돼 있는 ‘리튬이온 이차전지’보다 무게가 가벼우면서도 실제 얻을 수 있는 에너지밀도가 훨씬 높다.

그러나 방전 시 리튬과 산소가 서로 만나 리튬산화물(Li2O2)이 형성되고 충전 시 다시 분해되는데 이 과정이 원활하게 일어나지 않는 문제점으로 인해 높은 저항이 발생하며, 수명이 짧아 상용화에 어려움이 있었다. 따라서 리튬산화물의 형성 및 분해반응을 보다 수월하게 해주는 고효율 촉매 개발이 필수적이었다.

연구팀은 전기방사 방법으로 대량생산이 가능한 코발트산화물 나노섬유와 그래핀을 섞어 나노 복합촉매를 개발했다.

연구팀은 촉매활성이 매우 높은 ‘코발트산화물 나노섬유’에 큰 비표면적과 높은 전기전도도를 가지고 있는 ‘비산화그래핀’을 결착시킴으로써 리튬공기 이차전지의 성능을 극대화 시킬 수 있었다고 설명했다.

연구팀이 이번에 확보한 충·방전 특성은 현재까지 보고된 성능 중 가장 높은 수준으로 상용화에 성공해 전기차에 적용하면 한 번 충전에 800Km이상 주행할 수 있어 서울-부산 왕복운행이 가능해질 것으로 기대된다.

김일두 교수는 “안정성 등 상용화까지는 해결할 과제들이 많이 있지만 본격적인 전기차 시대를 위해 여러 기관들과 협력해 연구할 것”이라며 “우리나라에서 리튬공기 이차전지 분야의 핵심 소재 중에 하나인 나노촉매 합성 기술 개발을 주도해 차세대 리튬공기 이차전지 분야의 활성화에 기여하고 싶다”고 말했다.

 


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