망간 활용한 차세대 전지 개발
에너지 밀도 40% 향상, 비용 절감
글로벌 경쟁력 강화 기대
희토류 없이 성능 확 끌어올린
전기차 배터리 개발 성공
국내외 연구진이 고가의 희귀금속을 사용하지 않고도 고성능을 자랑하는 리튬이온전지 양극 개발에 성공했다. 이번 연구는 니켈과 코발트 대신 망간을 주요 소재로 사용하였으며, 망간 기반의 무질서 암염 양극재를 활용하여 양극재의 에너지 밀도를 대폭 향상시켰다는 점에서 주목할 만하다.
서동화 교수를 포함한 우리 대학 신소재공학과 연구팀과 UNIST, 캐나다 맥길대학과의 공동연구를 통해 개발된 이 양극재는 기존 삼원계 양극재보다 약 40% 향상된 1,000Wh/kg의 에너지밀도를 실현했다. 특히, 이 양극재는 망간, 철과 같이 풍부하고 저렴한 자원을 사용함으로써 생산비를 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.
다 좋은데 상용화 단계 해결해야
연구팀은 전극 내 망간 기반 양극재의 비율을 높여도 성능 저하 없이 안정적인 전자 전달 네트워크를 구축하는 데 성공했다. 이는 다중벽 탄소나노튜브를 활용하여 전극의 전자 전도성을 향상시키고, 충·방전 중 발생하는 부피 변화율을 관리하는 새로운 전략 덕분이다.
그러나 연구팀은 망간 기반 DRX 양극재의 전지 성능이 상용화 수준에 도달하기 위해서는 아직 해결해야 할 기술적 문제들이 남아있다고 지적한다.
이와 관련하여 서동화 교수는 “니켈, 코발트가 필요 없는 양극 개발은 리튬 인산철 양극을 중심으로 한 저가 이차전지 시장에서 우리 기업의 경쟁력을 강화할 수 있는 중요한 기회가 될 것”이라고 강조했다.
앞으로 첨단 연구개발 계속 이어져야
이 연구 결과는 에너지 및 환경과학 저널에 실리며, 관련 연구를 진행한 다른 연구원들도 이에 크게 기여했다. 이 연구는 한국연구재단과 산업통상자원부 등의 지원을 받아 수행됐으며, 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨터를 이용하여 연구 데이터를 처리했다.
비록 상용화 문턱을 넘기 전 이지만, 이번 소식과 같은 사례가 누적돼야 기술적 혁신을 기대할 수 있다. 선진국이 막대한 예산을 쏟아부어 기초 과학을 발전시키는 것과 같은 이치다. 과연 이번 연구 소식이 산업 전반에 걸쳐 큰 도움이 될 수 있을지 기대된다.
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