“폭발위험 없고 고용량·고출력까지” 팔방미인 ‘레독스전지’ 나온다

- 지스트 유승준·홍석원 교수팀, 기능성 전해질 개발

레독스전지 모식도.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 리튬이온전지는 수명이 짧고 배터리 과열로 인한 폭발위험이 있어, 최근 이를 극복할 다양한 소재의 전지가 연구되고 있다. 상대적으로 저렴하고 수명이 긴데다가 폭발위험이 낮은 ‘레독스 전지’도 그 중 하나다.

광주과학기술원(GIST) 유승준 교수와 홍석원 교수 공동연구팀은 레독스 활성 유기분자의 성능을 크게 향상시키는 전해질을 개발해 고용량‧고출력의 레독스 전지를 구현하는데 성공했다.

연구팀이 만든 ‘하이드로트로프 지지전해질’을 이용하면 레독스 전지에 사용되는 유기분자의 용해도가 기존보다 6배 수준으로 대폭 향상되어 고용량 레독스 전지 개발이 가능해진다.

레독스 전지와 같은 전기화학 기반 ESS의 에너지 용량을 높이려면 고농도의 활성물질이 전해액에 용해될 수 있어야 한다. 그러나 활성물질 자체의 용해도가 낮거나, 이온전도도를 높이려고 지지전해질을 추가하면 용해도가 저하되는 문제점이 있었다.

유승준(왼쪽부터) 교수, 고진혁 석사과정생, 홍석원 교수, 변진환 박사과정생.[지스트 제공]

연구팀은 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 물질을 물에 잘 녹게 하는 ‘하이드로트로프’ 개념에 착안해, 하이드로트로프 구조를 가지면서 지지전해질로 작용하는 분자를 개발했다. 이 지지전해질로 활성물질의 용해도와 이온전도도를 동시에 향상시킬 수 있게 됐다.

또 연구팀은 이 지지전해질에 최적화된 레독스 활성 유기분자를 고안해 고농도의 전해액에서도 전지가 안정적으로 작동하게 했다.

유승준 교수는 “이번 연구성과로 레독스 활성 유기분자의 고질적인 한계인 낮은 용해도를 향상할 수 있게 되어, 고용량‧고출력 레독스 전지 개발뿐 아니라 다양한 분자구조의 에너지저장원 개발에도 성과가 있을 것으로 기대된다”며, “향후 액체를 에너지저장원으로 사용하는 장점을 활용하면 ESS 대형화와 같은 응용기술 개발에도 도움이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 전기화학 및 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 4월 21일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com