서울대-KAIST 팀 연구성과, 세계적 학술지 안게반테케미 표지장식

생체 내 세포 호흡 작용을 모방하여 차세대 친환경 리튬 이차전지를 개발할 수 있는 길이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다.

서울대학교(총장 오연천) 공과대학 재료공학부 강기석 교수팀은 KAIST(총장 강성모) 신소재공학과 박찬범 교수팀과의 공동 연구를 통하여 생체 내 세포 호흡 작용을 모방한 차세대 리튬 이차전지용 전극소재의 원천기술이 화학분야 세계 최고수준 학술지인 안게반테케미 (Angewandte Chemie - International Edition, I.F 13.734) 표지논문으로 선정되었다고 밝혔다.

강 교수 연구팀은 생명체를 이루는 세포의 에너지 대사 활동이 리튬 이차전지의 구동 원리와 매우 유사하다는 사실을 발견하고 이에 착안하여 대사 활동에서 산화환원에 관여하는 생체 물질을 리튬 이차전지의 전극소재에 적용하였다. 세포 호흡 작용 중 미토콘드리아 내에 존재하는 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드 (FAD) 분자는 수소 및 전자 전달 작용을 통하여 에너지를 전달하는데 강 교수 연구팀은 이 반응을 이용하여 리튬 이차전지에도 에너지를 저장할 수 있음을 선보였다 (사진).

생체 소재의 단순한 화학적 개질 처리를 통하여 전극소재의 용량 및 전압을 효과적으로 변화시킬 수 있어 이차전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 점이 주목받고 있다.

지금까지 고용량, 고출력 용 리튬 이차전지용 양극 소재에는 전이금속(코발트, 망간, 니켈, 철 등)을 기반으로 한 금속산화물 등이 이용되어 왔다. 그러나 전지의 고용량화에 한계가 있고, 전지 생산 공정 및 재활용 과정이 환경오염을 유발한다는 단점을 가지고 있었다. 이번에 개발된 생체 소재는 친환경적이며 지속가능한 차세대 리튬 이차전지 개발의 새로운 가능성을 제시하였다.

강기석 교수는 “유기 분자의 화학적 개질에 따라 용량과 전압을 조절할 수 있음을 확인”하였다고 밝히고, 본 연구내용을 기반으로 국방과학연구소의 개방형 공모과제로 “생체 기반 군사용 리튬이차전지 전극 소재 개발” 을 진행하고 있으며, 향후 에너지밀도 등이 획기적으로 향상된 군용 리튬이차전지 개발이 가능할 것으로 보인다고 설명했다. 이 연구는 산업통상자원부 ‘에너지 미래선도인력 양성 (GET-Future)’ 사업 등에 의해 지원을 받아 이루어졌다.