건국대 연구팀, 유기배터리 성능 한계 극복 설계원리 개발

[이데일리 신하영 기자] 건국대 연구팀이 차세대 유기 이차전지의 성능 한계를 극복할 설계 원리를 제시했다.

왼쪽부터 고채영 박사과정생, 이교현 석사과정생, 김기출 교수(사진 제공=건국대)

건국대는 김기출 화학공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 9일 밝혔다.

연구팀은 기존 유기 양극 소재가 에너지 밀도에 한계를 가지는 문제에 주목했다. 이에 하나의 소재에서 두 가지 메커니즘으로 전하를 저장하는 ‘바이폴라 레독스(Bipolar redox)’ 구조에 주목해 연구를 진행했다. 이는 배터리 안에서 리튬 이온뿐 아니라 음이온까지 함께 활용해 전기를 저장하는 방식이다. 이론적으로는 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 구조다.

연구팀은 배터리 내부 용매 환경에서의 안정성이 방전 성능을 결정하는 주요 인자로 작용함을 밝혀냈다. 이는 새로운 소재 제시에 그치지 않고 실제로 잘 작동하는 유기 양극을 전자 수준에서 설계할 수 있는 기준을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 아울러 음이온 저장을 담당하는 ‘p-type’ 작용기가 실제 배터리 성능 향상에 어떤 역할을 하는지를 분자 단위에서 체계적으로 설명했다는 점도 이번 연구의 특징이다.

이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 수행했으며 건국대 화학공학과 고채영 박사과정생이 제1저자, 이교현 석사과정생이 제2저자로 참여했다. 교신저자는 김기출 교수가 맡았다. 연구 결과는 국제 저명 학술지(Angewandte Chemie International Edition)에 1월 28일 자로 게재됐다.

김기출 교수는 “이번 연구는 유기 양극 소재에서 상대적으로 규명이 부족했던 p-type 기능기의 역할을 전자 구조 수준에서 명확히 밝혀낸 성과”라며 “제시된 설계 원리는 차세대 고에너지·고용량 유기 이차전지 소재 개발을 위한 중요한 기준점이 될 것”이라고 말했다.