이화여대 국가연구소, 태양광의 '리튬-산소 배터리' 반응 규명

실시간 분석 통해 고효율 에너지 저장 플랫폼 제시

전기차·항공·우주 분야 차세대 배터리 기술 혁신 기대

[서울=뉴시스] (왼쪽부터) 이화여대 김동하 교수, 문회리 교수(겸 연구소장), 박재홍 교수. (사진=이화여대 제공) 2026.02.10. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 이화여자대학교는 국가연구소(NRL2.0) 사업단 '멀티스케일 물질 및 시스템 연구소' 소속 연구팀이 태양광 에너지가 리튬–산소(Li–O₂) 배터리 내부 반응을 어떻게 지배하는지 실시간 분석하는 데 성공했다.

리튬–산소 배터리는 현재 상용화된 리튬이온 배터리의 10배 이상 높은 이론적 에너지 밀도를 지니고 있어, 전기차·항공·우주 분야의 차세대 에너지 저장 기술로 주목받는다. 그러나 실제 작동 과정에서는 충전 및 방전시 높은 과전압과 낮은 에너지 효율, 제한적인 수명 등의 한계로 상용화에 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 UiO-66-NH₂ 금속–유기 골격체(MOF) 내부에 금(Au) 나노입자를 결합한 새로운 플라즈모닉 양극 구조(Au@UiO-66-NH₂)를 개발했다. 이는 금속-유기 골격체의 구조적 안정성과 다공성을 유지하면서도 빛 흡수와 전자 이동을 동시 촉진해, 태양광 에너지가 배터리 반응에 효과적으로 활용되도록 설계됐다.

실험 결과 태양광을 조사한 조건에서 작동한 리튬–산소 배터리에서는 기존과 달리 얇은 필름 형태의 방전 생성물(Li₂O₂)이 형성됐으며, 이는 충전 과정에서 더 적은 에너지로도 효율적으로 분해되는 것으로 나타났다. 또한 해당 배터리는 첫 충·방전 사이클에서 1.05V의 매우 낮은 과전압으로 작동했으며, 적은 양의 금을 사용하고도 600시간 이상 성능을 유지하는 내구성을 보였다.

아울러 이번 연구는 국가연구소(NRL2.0) 사업단 '멀티스케일 물질 및 시스템 연구소'가 출범 이후 세계적 권위 학술지에 처음으로 연구 성과를 게재한 사례로 의미가 크다.

연구를 이끈 김동하 교수는 "이번 연구는 플라즈모닉 나노구조체가 단순한 보조 광흡수체를 넘어 리튬–산소 배터리 내부 반응 경로 자체를 지배할 수 있음을 배터리 구동 중 실시간으로 규명한 성과"라고 강조했다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 온라인 게재됐으며, 공동교신저자로는 이화여대 문회리 교수(겸 연구소장), 박재홍 교수, 영국 링컨대 필립 마르커스 모타 교수, 인하대 함형철 교수가 참여했다.


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