■ 연구성과

- 서울대·경기대·한국기계연구원 공동 연구

- 차세대 리튬 공기전극 소재로 주목

재료공학부 박병우 교수 공동 연구팀:

(왼쪽부터) 박병우 교수, 경기대 박용준 교수, 한국기계연구원 남승훈 박사, 서울대 강준현 박사

공대(학장 이건우)는 재료공학부 박병우 교수, 경기대 박용준 교수, 한국기계연구원 남승훈 박사 공동 연구팀이 티타늄 산화물을 이용해 리튬 공기전지의 성능과 효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

리튬 공기전지는 현재 상용화 된 리튬 이온전지에 비해 용량이 5~10배 가량 크고 공기 중의 산소를 이용하기 때문에 친환경 차세대 이차전지로 여겨져 왔다. 하지만 충전 시 과전압이 커서 에너지 효율이 낮고, 사용함에 따라 용량이 급격히 줄어드는 수명이 문제점으로 지적됐다.

리튬 공기전지의 전극물질인 탄소 재료는 지금까지 전기 전도도가 우수하고, 표면적 조절이 용이해 각광 받았으나, 전지에 포함되는 전해질 용액과의 부 반응 및 수명 특성의 저하로 리튬 공기전지 상용화에 걸림돌로 여겨졌다.

연구팀은 이러한 문제를 해결할 수 있는 탄소의 대체 재료에 대해 관심을 가졌다. 이번에 개발한 티타늄 산화물을 사용하면, 전해질과의 부 반응 억제는 물론 리튬 공지전지를 수 백 회 동안 충전과 방전을 거친 이후에도 수명특성이 유지됨을 확인했다. 이처럼 높은 효율의 리튬 공기전지를 구현할 수 있었던 이유는 전극의 소재와 구조 덕분이다.

연구팀은 간단한 환원 열처리 방식을 통해 블랙 티타늄 산화물을 합성하여 전기 전도도를 개선하는 한편, 사람이 숨을 쉬는 폐의 구조와 기능에 착안하여 리튬 공기전지의 활성 물질인 산소의 투과가 용이한 다 공성 구조의 전극을 형성했다.

박병우 교수는 “이번에 개발한 블랙 티타늄 산화물 전극은 비교적 제작이 용이하며, 값싼 티타늄 산화물을 기반으로 했다는 점에서 혁신적이다”라며 “티타늄 산화물 이외에도 또 다른 전이 금속계 산화물의 가능성에 대해 확인하여 향후 리튬 공기전극의 기술적 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 설명했다.

본 연구 성과는 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼(Advanced Energy Materials)’ 표지 논문으로 게재됐다.

[참고자료]

다공성 티타늄 산화물 전극에서의 리튬 산화물 생성 기작 모식도

[문의사항]

서울대학교 재료공학부 박병우 교수 / 02-880-8319 / 010-9470-9169 / byungwoo@snu.ac.kr

서울대학교 공과대학 대외협력실 이동하 팀장 / 02-880-9148 / 010-8249-2174 / lee496@snu.ac.kr