전기차용 차세대전지 리튬-공기전지 성능향상 기술 개발

KAIST 김일두 교수 "고효율 이중튜브 나노섬유 촉매 개발, 대량생산 가능

[에너지경제신문 안희민 기자] 국내 연구진이 리튬공기전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 나노섬유 촉매 대량생산 기술을 개발했다. 리튬공기전지는 차세대 전지 가운데 하나로 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 것으로 주목받고 있다.

김일두 KAIST 신소재공학과 교수팀은 촉매활성이 뛰어난 루테늄산화물과 망간산화물이 균일하게 분포된 이중 나노튜브 구조 촉매를 손쉽게 대량 제조하는 원천기술을 확보해 리튬공기전지에 적용하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

리튬공기전지는 리튬이온전지보다 충전용량이 10배 이상 크고 대기 중 산소를 연료로 활용하는 장점이 있지만 방전 시 생성되는 고체 리튬산화물이 충전 과정에서 원활히 분해되지 않아 전지 효율수명 특성이 떨어지는 단점이 있다. 리튬산화물의 생성과 분해를 도와주는 촉매 개발이 상용화의 관건이다.

연구팀은 촉매활성이 뛰어난 루테늄산화물과 망간산화물이 균일하게 분포된 이중 나노튜브 구조의 촉매를 개발해 이 문제를 개선했다.

루테늄과 망간 전구체가 녹아 있는 고분자 용액을 전기 분해해 고분자 복합섬유를 합성하고 고온 열처리를 통해 고분자를 제거, 루테늄산화물과 망간산화물이 복합체를 이루는 이중튜브 나노구조 촉매를 완성했다.

이중튜브는 지름 220나노미터(1㎚=10억분의 1ｍ)의 바깥 튜브와 지름 80나노미터의 안쪽 튜브로 이루어져 있고 두 튜브가 모두 촉매 기능을 하며 공간이 많아 가벼운 것으로 알려졌다.

연구팀은 이 촉매를 리튬-공기전지에 적용, 초기 충방전 시 과전압 차이를 2V에서 0.8V로 낮췄고 100번 이상 안정적인 충방전이 가능하다는 것을 확인했다.

김 교수는 "이중튜브 나노섬유 촉매는 생산 공정이 단순하고 대량생산이 가능한 기술"이라며 "리튬공기전지의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.

한국이산화탄소 포집 및 처리 연구개발센터와 현대자동차의 지원을 받아 신소재공학과 김상욱 교수의 공동연구로 수행된 이 연구는 나노재료 분야 학술지 나노 레터스 2월 3일자 온라인판에 게재됐다.