디지스트, 리튬이온전지 5배 성능 리튬공기전지 수명연장기술 개발
한 번 충전으로 1,000㎞ 이상 달릴 수 있는 전기차. 이 같은 ‘꿈의 전기차’는 언제쯤 나올까.
주행 중 대기오염물질을 거의 배출하지 않아 친환경 차로 각광받는 전기차. 하지만 한 번 충전으로 200~300㎞가 고작이다. 최신 모델도 400㎞급이다. 한겨울에 히터까지 켜고 달리면 주행거리는 더 준다. 수소(연료전지전기)차는 충전시간도 짧고 더 달릴 수 있지만, 충전 인프라가 문제다.
같은 크기의 배터리에 기존보다 몇 배나 되는 에너지를 저장할 수 있다면 주행거리 문제는 단번에 해결될 수 있다. 대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트)이 이 같은 ‘꿈의 배터리’를 만들 수 있는 단서를 찾아냈다.
디지스트는 인도 출신 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감 교수 연구팀이 차세대 이차전지로 각광받고 있는 리튬공기전지의 효율과 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 촉매관련 핵심기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 리튬공기전지는 현재 일반적으로 많이 쓰이는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 3~5배에 이르고, 가벼운 게 특징이다. 하지만 촉매로 쓰는 백금이나 산화이리듐은 비싼데다 수명이 짧은 게 단점으로 지적돼 왔다.
샨무감 교수팀은 충전에 필요한 저렴하고 수명이 긴 촉매 연구에 착수, 황화니켈코발트(NiCo2S4)라는 물질을 코팅한 신개념 전극을 개발하는 데 성공했다. 충전에 필요한 전압을 낮춰 충방전 효율을 높여주고, 고용량 고안전성의 금속공기전지에 활용할 수 있을 것으로 기대했다.
연구팀은 이 같은 전극을 활용하면 1,700시간 이상 높은 출력을 유지하며 충방전할 수 있는 사실을 실험을 통해 확인했다. 지금까지 개발된 전극으로는 같은 조건일 경우 500시간이 한계다. 완전 실용화를 위해선 5,000시간 이상 안정적으로 충방전할 수 있어야 하는 것으로 알려지고 있다.
샨무감 교수는 “리튬공기전지는 향후 전기차나 로봇 등 다양한 산업분야에서 활용할 수 있는 꿈의 전지”라며 “이번 연구는 리튬공기전지의 짧은 수명과 용량을 개선하는 데 필요한 원천기술을 확보했다는 데 의의가 있다”고 말했다. 또 “아직 금공공기전지 연구는 상용화단계에 미치지 못하는데, 앞으로 전지 내부 전해액의 폭매파트 연구를 추가적으로 진행해 실용화를 앞당기겠다”고 덧붙였다.
샨무감 교수는 인도 마드라스대학 화학과를 졸업한 뒤 인도 안나대에서 석사, 인도공대에서 박사학위를 취득했다. 이스라엘과 독일에서 박사후 연구원을 지낸 뒤 일본 와세다대 선임연구원, 조교수를 거쳐 2011년부터 디지스트 교수로 재직 중이다.
이번 연구성과는 재료과학분야 세계적인 학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B:인바이런멘탈(Applied Catalysis B:Environmental)’ 지난해 10월 20일자 온라인판에 게재됐다.
정광진 기자 kjcheong@hankookilbo.com
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