차세대 배터리로 주목받는 ‘리튬-황’ 전지의 성능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 물질을 국내 연구진이 남극 바다에서 찾아냈다.
극지연구소는 13일 차세대 이차전지로 꼽히는 리튬-황 전지 개발의 핵심 소재 후보물질을 남극의 홍조류 커디에아 라코빗자에(Curdiea racovitzae)로부터 발견했다고 밝혔다.
리튬-황 전지는 이론적으로 배터리 용량이 크고 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 것으로 전해진다. 또한 원재료도 비교적 원활하게 수급할 수 있어 차세대 배터리로 주목받는다. 하지만 배터리를 충전하고 방전하는 과정에서 황의 성질이 변하거나, 바인더가 팽창하면서 성능이 떨어지는 문제가 발생해 기술 개발이 쉽지 않다. 바인더는 전극 재료를 묶어두고 전기적 연결을 유지해 이차전지의 성능을 결정짓는 핵심 부품이다. 바인더는 리튬-황 전지 개발에서도 황의 기능 발현과 안정성 문제를 해결하는 데 사용된다.
윤의중 극지연구소 박사와 이정태 경희대학교 국제캠퍼스 교수 등 공동 연구팀은 세종기지 인근 바다에서 채집한 남극의 홍조류 커디에아 라코빗자에로부터 상용 바인더의 기능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 물질을 발견했다. 연구진은 시뮬레이션을 통해 홍조류에서 분리한 복합 다당체 CRP(Curdiea racovitzae Polymer·커디에아 라코빗자에 폴리머)를 바인더로 활용했다.
리튬-황 전지의 바인더로 상용 바인더 대신 CRP를 사용한 결과 배터리 용량 유지 성능은 100%가량 높아졌다. CRP를 바인더로 활용하면 개미굴처럼 생긴 다공성 구조가 발생하는데, 이 구조의 빈 공간들이 배터리가 충·방전을 지속할 때 발생하는 내부 부피팽창을 수용할 수 있어 장기간 사용해도 전극의 형태가 안정적으로 유지된다.
극지연구소와 경희대 공동연구팀은 해당 물질을 추후 상용화 하기 위해 대량 배양 기술을 확보하고자 한다. 또한 후보물질 추출 효율 증대, 유사 국내 해조류 발굴 등 추가 연구를 수행하고 있다. 이번 연구는 극지연구소와 한국임업진흥원, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 Materials Today에 게재됐으며, 국제 특허도 진행 중이다.
신형철 극지연구소 소장은 "극한 환경이 빚어낸 남극 생물은 신비로움 이상의 가치를 인류에게 선물할 수 있다"며 "남극을 잘 보존하면서 지혜롭게 활용하기 위한 대한민국 극지연구의 도전은 계속될 것"이라고 말했다.
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