UNIST, 인체 내 항산화효소 모방한 촉매로 배터리 성능·수명 향상

UNIST 송현곤·곽상규 교수팀, 항산화작용 적용한 리튬-공기전지 촉매 개발

계산화학통해 모방촉매 성능 규명…'ACS Nano' 논문 게재

【울산=뉴시스】 박수지 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 송현곤·곽상규 교수팀이 생체반응을 모방한 촉매를 통해 리튬-공기전지의 성능과 수명을 증대시키는데 성공했다고 8일 밝혔다. 사진은 송현곤(왼)교수와 곽상규교수. 2019.08.08.(사진=울산과학기술원 제공) [email protected]

【울산=뉴시스】박수지 기자 = 국내 연구진이 우리 몸에 노화를 막는 원리를 차세대 배터리에 적용해 성능과 수명을 향상시켰다.
 
울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 송현곤·곽상규 교수팀이 생체반응을 모방한 촉매를 통해 리튬-공기전지의 성능과 수명을 증대시키는데 성공했다고 8일 밝혔다. 
 
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 효리를 배터리에 적용했다.
 
항산화 효소는 우리 몸에 만들어지는 활성산소를 과산화 이온(O₂²⁻)과 산소(O₂)로 바꿔준다. 그덕분에 세포들은 활성산소로부터 안전해지고, 노화가 지연된다.
 
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.


 

【울산=뉴시스】 박수지 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 송현곤·곽상규 교수팀이 생체반응을 모방한 촉매를 통해 리튬-공기전지의 성능과 수명을 증대시키는데 성공했다고 8일 밝혔다. 사진은 계산화학을 통한 SODm 첨가 여부에 따른 예상 반응 경로. 2019.08.08.(사진=울산과학기술원 제공) [email protected]

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


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