현재 널리 쓰이는 리튬-이온 이차전지는 가솔린을 사용하는 내연기관에 비해서 에너지밀도가 낮기 때문에 전기자동차에 쓰기에 적합하지 않다.
이를 보완하기 위해서는 에너지 밀도가 5~15배 이상 높아 가솔린과 비슷한 리튬-공기 이차전지가 주목받고 있다. 하지만 리튬-공기 이차 전지에 사용하는 전기촉매 소재는 높은 과전압(overpotential) 현상으로 인한 에너지 손실과 느린 충전 속도, 짧은 수명 등의 한계점이 있다. 이를 극복하기 위하여 충·방전 시에 산소 또는 리튬 산화물을 효과적으로 분해를 할 수 있는 전기촉매가 필요하다.
국내 연구진이 망간 몰리브덴 산화물(MnMoO4)을 리튬-공기 이차전지용 공기극 촉매로 사용, 20분 대로 고속 충전이 가능하고 기존에 보고된 탄소계 촉매 적용 전지에 비해 리튬-공기 이차전지의 수명을 5배 향상시키는데 성공했다. 공기극 촉매는 충방전에 따른 반복적인 산소의 환원/산화를 도와주는 역할을 하는데, MnMoO4는 약한 금속-산소 결합을 갖고 있어, 산소의 결정학적 결함을 조절하면 촉매 활성을 높일 수 있다는 점에 착안했다. 연구를 주도한 김동완(고려대) 교수는“리튬-공기 전지용 저가 촉매 신소재를 디자인하고, 대량 합성이 용이한 나노공정을 개발하는데 성공했다“면서 ”전기차에 적용할 경우 주행거리 증가와 장기간 사용이 가능한 대용량 리튬-공기 이차 전지의 실용화를 앞당길 것으로 기대된다“라고 말했다. 미래창조과학부의 기초연구지원사업을 수행한 이번 연구결과는 에너지 분야 국제적인 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 3월 22일자 표지 논문으로 게재되었다. /문병도기자 do@sedaily.com
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