생명물질 DNA 활용해 리튬이온전지 양극소재 성능 높인다

KIST·UNIST 연구진 "탄소나노튜브-DNA 합성물질로 양극 표면 안정화"

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

KIST 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사, UNIST 이상영 교수 연구팀은 연어에서 추출한 DNA를 활용해 리튬이온전지 양극 소재로 주목받는 ‘리튬 과잉 양극 소재'(OLO)의 표면을 안정화해 성능을 향상하는 데 성공했다고 밝혔다.

각종 모바일 기기와 자동차 등 전원으로 널리 사용되는 리튬이온전지는 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동해 저장됐다가 사용할 때 양극에서 리튬이온이 방출되는 과정을 반복한다.

리튬이온전지의 충전용량을 높이려면 양극의 리튬 이온 저장성능을 높여야 한다. 그 방안으로 최근 에너지 저장용량을 50% 이상 높일 수 있는 리튬 과잉 양극 소재(OLO)가 양극 소재로 주목받고 있다.

그러나 OLO소재는 충·방전 반복하는 과정에서 리튬이 있는 양극 표면의 금속층이 붕괴하는 문제가 있어 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 이 연구에서 DNA를 구성하는 염기의 인산기(phosphate) 부분을 이용해 OLO의 표면 구조를 안정화해 금속층 표면 붕괴 문제를 개선하는 데 성공했다.

실험에는 연어에서 추출한 DNA를 사용했다.

연구진은 DNA에 탄소나노튜브(CNT)를 결합해 DNA가 수용액 내에서 뭉치는 문제를 해결하고 이 물질 OLO 표면에 부착, DNA의 친수성 부분인 인산기가 표면에 작용해 안정성을 높이도록 했다.

연구진은 이 소재는 충·방전이 진행될 때 전극 소재 표면 구조가 붕괴하지 않고, 배터리가 과열되더라도 안정적인 구조를 유지한다고 설명했다.

이상영 UNIST 교수는 “이 연구는 화학적 합성 소재에 기반한 기존 시도들과 다르게 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 것으로, 고성능 전지 소재 개발에 새로운 방향을 소개했다는 데 의미가 있다”고 말했다.

이 연구 결과는 에너지 분야 전문지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 최신호에 표지논문으로 게재됐다.

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