KAIST 김일두 교수 "고효율 이중튜브 나노섬유 촉매 개발, 대량생산 가능"
국내 연구진이 전기자동차용 차세대 전지로 리튬이온전지를 대체할 것으로 주목받는 리튬-공기전지의 성능을 획기적으로 높일 수있는 나노섬유 촉매 대량생산 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수팀은 16일 촉매활성이 뛰어난루테늄산화물(RuO₂)과 망간산화물(Mn₂O₃)이 균일하게 분포된 이중 나노튜브 구조촉매를 손쉽게 대량 제조하는 원천기술을 확보하고, 이를 리튬-공기전지에 적용하는데 성공했다고 밝혔다.
리튬-공기전지는 리튬이온전지보다 충전용량이 10배 이상 크고 대기 중 산소를연료로 활용하기 때문에 전기자동차용 에너지 저장장치로 주목받고 있다.
그러나 방전 시 생성되는 고체 리튬산화물(Li₂O₂)이 충전 과정에서 원활히 분해되지 않아 전지 효율·수명 특성이 떨어지는 단점이 있다. 상용화하려면 리튬산화물의 생성 및 분해를 도와주는 촉매 개발이 필요하다.
연구팀은 촉매활성이 뛰어난 루테늄산화물과 망간산화물이 균일하게 분포된 이중 나노튜브 구조의 촉매를 개발, 이 문제를 획기적으로 개선했다.
루테늄과 망간 전구체가 녹아 있는 고분자 용액을 전기 방사해 고분자 복합섬유를 합성하고 이를 고온 열처리해 거푸집 역할을 하는 고분자를 제거, 루테늄산화물과 망간산화물이 복합체를 이루는 이중튜브 나노구조 촉매를 완성했다.
이중튜브는 지름 220나노미터(㎚=10억분의 1ｍ)의 바깥 튜브와 지름 80나노미터의 안쪽 튜브로 이루어져 있고 두 튜브가 모두 촉매 기능을 하며 공간이 많아 가볍다는 장점이 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 또 이 촉매를 리튬-공기전지에 적용, 초기 충·방전 시 과전압 차이를탄소 재 사용시의 약 2V에서 0.8V로 낮췄고 용량제한 1천㎃h/ｇ에서 100번 이상 안정적인 충·방전이 가능하다는 것을 확인했다고 밝혔다.
김 교수는 "이중튜브 나노섬유 촉매는 생산 공정이 단순하고 대량생산이 가능한기술"이라며 "촉매의 성능이 우수해 차세대전지로 주목받는 리튬-공기전지의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.
한국 이산화탄소 포집 및 처리 연구개발센터와 현대자동차의 지원과 신소재공학과 김상욱 교수의 공동연구로 수행된 이 연구 결과는 나노재료 분야 학술지 '나노레터스(Nano Letters, 2월 3일자) 온라인판에 게재됐다.
scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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