경북대·성균관대, 리튬 저장량 2배 높일 분자 설계 원리 규명

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교와 성균관대학교 공동연구팀은 친환경 유기 전극 소재의 리튬 저장량을 기존 대비 2배 가까이 높일 수 있는 분자 설계 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

리튬이온배터리에 사용되는 기존 양극 소재는 니켈, 코발트 등 희귀 금속 기반의 무기 소재가 대부분이다.

하지만 이러한 소재는 자원 고갈, 가격 상승, 환경 오염 등의 문제로 인해 지속가능성 측면에서 한계를 지닌다.

이에 최근에는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N) 등 친환경 원소로 구성된 유기 전극 소재가 차세대 배터리 후보로 주목받고 있다.

연구팀은 기존 대표적인 유기 전극 소재인 PTCDA에 벤젠 고리 구조인 페닐기를 도입한 새로운 분자 구조인 P-PTCDI를 설계했다.

연구 결과 기존 PTCDA는 배터리 안에서 리튬 이온 약 2개만 저장할 수 있었던 반면 새롭게 설계된 P-PTCDI는 거의 4개의 리튬 이온을 저장할 수 있는 것으로 확인됐다.

이는 기존에 활용되지 못하던 산화·환원 반응 자리를 활성화해 리튬 저장량을 2배 가까이 높인 결과로 고용량 유기 전극 소재 설계를 위한 분자 설계 원리를 제시했다.

특히 연구팀은 페닐기가 분자 내부의 전자 분포를 조절해 리튬 이온들이 서로 밀어내는 현상을 줄이고 더 많은 리튬 이온을 안정적으로 저장할 수 있도록 만든다는 점을 규명했다.

한편 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 6월12일자 표지 논문으로 게재됐다.


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