나노기술 및 정책 정보

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차세대 대용량 에너지 저장장치로 주목받는 리튬-산소 전지의 효율저하 원인인 활성산소를 제거하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐음.

한국연구재단은 고려대 김동완 교수 연구팀이 고체형 활성산소 정화제를 합성하고 이를 적용한 고효율, 장수명 리튬-산소 전지를 개발했다고 3일 밝혔음.

활성산소 정화제는 반응성이 큰 활성산소를 포획 및 정화해 전극 또는 전해질의 분해를 억제할 수 있는 물질임.

연구팀은 항산화물질인 유기게르마늄을 이용해 전지성능을 떨어뜨리는 활성산소를 포획해 정화한 것임.

기존에도 항산화물질로 활성산소를 양극에서 빠르게 포획하려는 시도는 있었음.

그러나 과도한 활성산소 발생 시에는 부산물 생성반응을 방지할 수 없었음.

또, 용해성 물질로 음극까지 도달해 부식을 일으키는 단점이 있었음.

이에 연구팀은 양극(탄소계 전극) 표면에 활성산소를 정화할 수 있는 불용성의 유기게르마늄을 나노선 모양으로 합성했음.

활성산소와 접촉면적을 넓혀 정화활성을 끌어올리고자 한 것임.

전지 충방전 시 전해질로 확산되는 활성산소를 포획해 반응성 낮은 안정된 물질로 빠르게 전환함으로써 활성산소가 일으킬 수 있는 각종 부산물 생성반응을 방지하도록 했음.

물리적으로는 물론 화학적으로 활성산소에 의한 전지의 성능저하를 막으려는 시도임.

그 결과, 기존 용해성 항산화물질과 달리 전압범위에 구애받지 않고 활성산소를 정화할 수 있는 것으로 나타났음.

특히, 동결건조 방식으로 유기게르마늄 나노선을 합성해 경제적 양산에도 유리함.

실제, 이렇게 양극에 유기게르마늄 나노선이 적용된 전지는 충·방전의 과전압을 줄여 전지의 사이클 안정성을 크게 향상시키는 것으로 나타났음.

활성산소로 인해 생겨나는 부산물인 탄산리튬을 크게 감소시킨데 따른 것임.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ 지에 게재됨.