[대학저널 오혜민 기자] 숙명여자대학교는 화공생명공학부 류원희(사진) 교수 연구팀이 능동형 산소결합이 가능한 포피린 기반의 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다.
숙명여대에 따르면 리튬공기전지는 리튬이온이차전지에 비해 2~3배의 높은 에너지밀도를 가지며, 전기자동차의 500km 이상 장거리 운행을 가능하게 할 것으로 기대된다.
현재 리튬공기전지는 구동 시 부도체성 생성물로 인해 저항이 크게 발생하며, 이로 인해 전지 수명이 저하되는 문제가 지적되고 있다.
리튬공기전지의 성능을 향상하기 위해서는 고효율 촉매의 도입이 필요하며, 상용 전기자동차의 대중화를 위해 촉매의 친환경 저가격화가 필수적이다.
류 교수 연구팀은 엽록소와 헤모글로빈 등 자연에서 쉽게 볼 수 있는 포피린의 능동적 산소결합 특성에 기반해 포피린계 물질로 잘 알려진 금속 프탈로시아닌을 리튬공기전지의 전해액 촉매로 도입해 효율을 크게 향상하는데 성공했다.
각 프탈로시아닌의 중심에 위치한 금속의 종류를 다양하게 변화시킴으로써 전기화학적인 레독스 반응의 차이를 확인, 최적의 성능을 갖는 중심 금속의 종류를 밝혀낸 것이다.
또한 성능이 가장 뛰어난 망간 프탈로시아닌과 아연 프탈로시아닌 물질을 혼합시킴으로써 산소 환원반응과 산소 발생반응에 모두 효과적인 전해액 촉매를 개발했다. 해당 혼합촉매는 산소의 분율이 20% 이하인 실제 대기 분위기 조건에서도 높은 용량과 안정적 수명 특성을 나타냈다.
류 교수는 “리튬공기전지는 초고에너지 이차전지로서 차세대 한계돌파형 전지기술로 주목받고 있다”며 “코발트나 니켈 금속 채광, 자원확보 이슈 없이 대기 중 산소를 양극소재로 사용하는 친환경 미래 탄소중립 기술이고, 이번 연구성과를 통해 리튬공기전지 성능을 크게 향상시킬 수 있는 핵심 원천기술을 확보했다”고 말했다.
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