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KIST(한국과학기술연구원)와 UNIST(울산과학기술원) 연구진이 생명 기본물질인 DNA를 활용해 리튬이온전지 양극 소재의 성능을 높이는 기술을 개발했다.

KIST는 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 UNIST 이상영 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용해 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 17일 밝혔다.

이차전지 일종인 리튬이온전지는 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동해 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 

리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다.

연구진은 투과전자현미경을 이용해 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석했고, 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다.

연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용, 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 발생했지만, 탄소나노튜브(CNT)와 합성해 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다.

UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개했다”고 말했다. 연구 결과는 에너지 분야 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ 최신호에 표지 논문으로 게재됐다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr

 

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