국내 연구진이 남극에서 차세대 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 핵심소재를 찾았다.
극지연구소 윤의중 박사는 경희대 융합바이오신소재공학과 이정태 교수 연구팀과 함께 남극 세종기지 인근 바다에서 채집한 홍조류에서 이차전지 핵심부품의 기능을 획기적으로 높일 수 있는 물질을 찾았다고 13일 밝혔다.
차세대 이차전지로 주목받고 있는 리튬-황 전지는 배터리 용량이 크고, 에너지 저장 효율도 높으며 원재료도 다른 이차전지에 비해 쉽게 구할 수 있다. 하지만 배터리 충·방전 과정에서 황의 성질이 변하거나 바인더가 팽창하면서 성능이 떨어지는 문제 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다.
바인더는 전극 재료를 묶어두고 전기적 연결을 유지해 이차전지 성능을 결정짓는 핵심 부품으로 리튬-황 전지 개발 과정에서도 황의 기능 발현과 안정성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.
윤 박사는 남극 바다에서 채집한 홍조류 '커디에아 라코빗자에'로부터 상용 바인더의 기능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 물질을 찾아냈다. 홍조류에서 분리한 복합 다당체 커디에아 라코빗자에 폴리머(CRP)를 바인더로 활용하면 개미굴과 같은 복잡한 3차원 구조를 유도하는데, 이 구조가 리튬-황 배터리 성능과 안정성을 향상시키는 것으로 나타났다.
리튬-황 전지의 바인더로 CRP를 사용하면, 상용 바인더 대비 배터리 용량 유지 성능이 100%가량 향상됐다. 연구팀은 개미굴같은 다공성 구조에서는 빈 공간들이 배터리가 충·방전을 지속할 때 발생하는 내부 부피팽창을 수용할 수 있어 장기간 사용해도 전극의 형태가 안정적이라고 설명했다.
공동연구팀은 CRP에 대한 국제 특허를 진행하고, 상용화를 위해 대량 배양 기술 확보와 후보물질 추출 효율 증대, 유사 국내 해조류 발굴 등 추가 연구를 수행 중이다.
이 교수는 "배터리 사용량이 지속적으로 증가함에 따라 지속 가능한 원료의 중요성이 커지는 만큼 바이오소재를 활용한 이차전지 소재 개발은 앞으로 더욱 주목받을 것"이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 머티리얼즈 투데이(Marterials Today) 3월호에 게재됐다.
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