▲ 리튬-공기 전지에서 액상 촉매가 작용하는 모습을 나타낸 개념도이다. 액체 상태의 촉매(DMPZ)가 전해질 안을 자유롭게 돌아다니며 고체상의 방전생성물(Li2O2)을 효과적으로 분해하여 리튬-공기 전지의 충전 효율을 높인다..

국내 연구진이 차세대 이차전지로 주목받고 있는 리튬-공기 전지의 효율을 높이는 촉매 개발에 성공했다.

서울대 공대(학장 이건우)는 지난 24일 재료공학부 강기석 교수 연구팀(임희대, 이병주 연구원)이 리튬-공기 전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 액상 촉매군 원천 기술 개발에 성공하였다고 밝혔다.

리튬-공기 전지는 기존의 리튬-이온 전지를 대체할 미래형 전지로서, 상용 리튬-이온 전지에 비해 용량이 5~10배 가량 많고 친환경적이기 때문에 미래 전기 자동차 등의 핵심 기술로 여겨지고 있다.

하지만 충전 시 높은 전압을 걸어주어야 하는 에너지 효율 문제와 전지를 사용하며 급격히 줄어드는 수명 문제 등 풀어야 할 난제들로 인해 개발이 어려웠다.

이에 강 교수 연구팀은 기존에 알려진 몇가지 촉매 소재의 공통점을 양자역학 계산법으로 추출한 후에 이를 이론적으로 높은 효율을 낼 수 있는 촉매 설계에 적용했다.

이를 바탕으로 리튬-공기에 적용가능 한 다수의 촉매소재들의 합성에 성공하였다.

이번에 새롭게 개발된 촉매 중 DMPZ(Dimethylphenazine)를 리튬-공기 전지에 적용한다면 기존의 높은 충전 분극을 1/3 이하로 낮추어 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

연구팀에서는 이를 바탕으로 현대자동차와 협력하여 리튬-공기 전지를 전기자동차에 실제로 적용시키는 방법을 개발 중에 있다.

강 교수는 "리튬-이온 전지를 대체할 차세대 이차전지 개발은 전기자동차, 신재생 에너지의 대용량 전력 저장 시장 선점을 위해 매우 중요하다"며, "이번 연구 결과가 리튬-공기 전지의 상용화 가능성을 높이는 계기가 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 소재 설계 방법론 제시를 통해, 다수의 고효율 촉매군을 개발한 점에서 차세대 리튬-공기 전지 개발에 새로운 지평을 열었다고 평가 받으며, 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 런던 시간 기준 5월 23일 온라인 게재되었다.

한편 해당 연구는 서울대 강기석 교수, 미국 텍사스대 조경재 교수가 지도하고 서울대 임희대, 이병주 연구원이 주도적으로 연구하였으며, 현대자동차의 지원을 받아 진행되었다.