전지‘노화’일으키는 활성산소, 게르마늄으로 잡는다
항산화작용 모방한 유기게르마늄 나노선으로 리튬-산소전지 수명 연장 실마리
□ 차세대 대용량 에너지 저장장치로 주목받는 리튬-산소 전지의 효율저하 원인인 활성산소를 제거하는 기술이 소개됐다.
○ 리튬-산소 전지는 기존 리튬이온 전지 대비 에너지 저장 용량을 약 5배 이상 높일 수 있지만, 반응 중 생기는 활성산소가 지속적인 충방전을 방해하는 부산물을 만들어 내는 것이 문제였다.
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김동완 교수 연구팀(고려대학교)이 고체형 활성산소 정화제를 합성하고 이를 적용한 고효율, 장수명 리튬-산소 전지를 개발했다고 밝혔다.
※ 활성산소 정화제 : 반응성이 큰 활성산소를 포획 및 정화하여 전극 또는 전해질의 분해를 억제할 수 있는 물질
○ 항산화물질인 유기게르마늄을 이용해 전지성능을 떨어뜨리는 활성산소를 포획하여 정화한 것이다.
□ 기존에도 항산화물질로 활성산소를 양극에서 빠르게 포획하려는 시도는 있었으나, 과도한 활성산소 발생시에는 부산물 생성반응을 방지할 수 없었다. 또 용해성 물질로 음극까지 도달해 부식을 일으키는 단점이 있었다.
□ 이에 연구팀은 양극(탄소계 전극) 표면에 활성산소를 정화할 수 있는 불용성의 유기게르마늄을 나노선 모양으로 합성했다. 활성산소와 접촉면적을 넓혀 정화활성을 끌어올리고자 하였다.
○ 전지 충방전시 전해질로 확산되는 활성산소를 포획하여 반응성 낮은 안정된 물질로 빠르게 전환함으로써 활성산소가 일으킬 수 있는 각종 부산물 생성반응을 방지하도록 했다.
□ 물리적으로는 물론 화학적으로 활성산소에 의한 전지의 성능저하를 막으려는 시도로, 그 결과 기존 용해성 항산화물질과 달리 전압범위에 구애받지 않고 활성산소를 정화할 수 있는 것으로 나타났다.
○ 특히 동결건조 방식으로 유기게르마늄 나노선을 합성하여 경제적 양산에도 유리 하다.
□ 실제 이렇게 양극에 유기게르마늄 나노선이 적용된 전지는 충‧방전의 과전압을 줄여 전지의 사이클 안정성을 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 활성산소로 인해 생겨나는 부산물인 탄산리튬을 크게 감소시킨데 따른 것이다.
□ 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진연구사업, 중견연구사업 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료분야 국제학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)'에 11월 24일 게재되었다.
