고려대 김동완 교수팀이 전기차에 응용이 기대되는 차세대 이차전지용 고성능 촉매 개발에 성공했다. 

미래창조과학부는 기초연구지원사업의 지원으로 연구를 수행한 김동완 고려대 연구팀이 리튬과 산소의 산화와 환원을 이용해 전류의 흐름을 유도하는 차세대 '리튬-공기' 이차전지용 고성능 촉매를 새롭게 개발했다고 4일 밝혔다. 

이차전지는 건전지 등 한번 쓰고 버려지는 전지가 아니라 충전해 재사용이 가능한 전기화학전지로 현재 '리튬-이온' 이차전지가 스마트폰, PC 등에 가장 일반적으로 사용되고 있다. 

문제는 '리튬-이온' 이차전지는 가솔린을 사용하는 내연기관에 비해 에너지 밀도가 낮아 중대형급 이차전지 시스템으로 사용하기 적합하지 못한 단점이 있다. 이때문에 전기자동차 장거리 주행시 '리튬-이온' 이차전지를 사용하기에 어려움이 있다. 

반면, '리튬-공기' 이차전지는 이론적으로 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만 현재 전기촉매 소재는 높은 과전압 (overpotential) 현상으로 오는 에너지 손실과 느린 충·방전 속도, 짧은 수명 등의 한계점이 있다. 이를 극복하기 위해 충·방전 시에 산소 또는 리튬 산화물을 효과적으로 분해를 할 수 있는 전기촉매가 필요하다. 

기존에는 전기촉매로 카본계, 전이금속 및 산화물계가 주를 이루지만 연구팀은 산소 결함을 다수 포함하고 있는 회중석 결정구조의 '망간 몰리브덴 산화물'(MnMoO4)을 '리튬-공기' 이차전지의 전기촉매로 처음 개발하는데 성공했다. 산소 이용 효율이 가장 높은 'MnMoO4' 나노선을 '리튬-공기' 이차전지에 적용한 결과, 20분대의 고속 충전과 기존에 보고된 연구결과 대비 5배 정도 높은 용량을 구현했다. 

김동완 교수는 "이 연구는 '리튬-공기' 전지용 저가 촉매 신소재를 디자인하고 대량합성이 용이한 나노공정을 개발한 것으로 기존 탄소계 촉매에 비해 충전 속도와 수명이 크게 향상됐다"며 "개발된 이차전지를 전기차에 적용할 경우 주행거리 증가와 장기간 사용이 가능하게 될 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구성과는 에너지 분야 국제적인 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 (Advanced Energy Materials) 지난 3월 22일자 표지 논문으로 게재됐다. 

/박희진 기자(2brich@news1.kr)