UNIST, 인체 노화 막는 원리 적용… 차세대 배터리 수명 늘려
UNIST, 인체 노화 막는 원리 적용… 차세대 배터리 수명 늘려
  • 최진희 기자
  • 승인 2019.08.08 20:56
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UNIST 송현곤·곽상규 교수팀, 리튬-공기전지 촉매 개발
계산화학 통해 항산화효소 모방 촉매 성능 이론적 규명
[뉴시스]

국내 연구진이 인체 내에 존재하는 '항산화 효소(SOD)'의 원리를 차세대 배터리에 적용해 성능과 수명을 늘리는 데 성공했다. 또 계산화학을 통해 항산화효소 모방 촉매(SODm)가 우수한 성능을 보인 원인을 이론적으로 규명했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 송현곤·곽상규 교수팀이 생체 반응을 모방한 촉매를 통해 리튬-공기전지의 성능과 수명을 증대시키는데 성공했다고 8일 밝혔다.

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

리튬-공기전지는 리튬이온 전지보다 에너지 밀도가 3~5배 높은 차세대 배터리다. 이 전지는 산소(O)를 사용해 배터리의 전극 반응에 관여하기 때문에 전지 무게가 가볍고 친환경적이다.하지만 방전 시 발생하는 활성산소(O2-)가 전지의 수명과 용량을 감소시키는 문제가 있다.

연구진은 이 문제의 해결하기 위해 인체 내에 존재하는 '항산화 효소(SOD)'의 원리를 배터리에 적용했다.

항산화 효소는 우리 몸에 만들어지는 활성산소를 과산화 이온(O₂²⁻)과 산소(O₂)로 바꿔준다. 이로 인해 세포들은 활성산소로부터 안전해지고, 노화가 지연된다.

UNIST 연구진은 항산화 효소의 원리를 모방한 촉매(SODm)인 MA-C60을 만들고, 리튬-공기전지의 양극(공기극) 쪽에 적용했다. 이 촉매는 활성산소인 초과산화 이온(O₂⁻)을 과산화 이온(O₂²⁻)과 산소(O₂)로 바꿨다. 활성산소가 일으키는 추가적인 반응을 방지한 것이다.

또한 활성산소가 분해돼 나온 물질들은 도넛 형태의 리튬과산화물(Li₂O₂) 형성을 촉진해 전지의 효율을 높였다.

양극 표면에 얇은 막 형태로 만들어지는 리튬과산화물은 산소(O)와 전자(electron)의 전달을 방해하지만, 리튬과산화물이 도넛 형태로 만들어지면 이런 부작용이 줄어든다.

제1저자인 황치현 UNIST 에너지 및 화학공학부 연구조교수는 "인체 내에서 일어나는 활성산소 제거 메커니즘을 배터리에 적용한 새로운 시도"라며 "활성산소를 안정적이고 빠르게 리튬과산화물로 전환해 용량이 크고 안정성이 높으며 수명도 늘어난 리튬-공기전지 개발에 활용될 것"이라고 전했다.

이와 함께 연구진은 계산화학을 통해 항산화효소 모방 촉매(SODm)가 우수한 성능을 보인 원인을 이론적으로 규명하는데도 성공했다.

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


 
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