고려대, 알루미늄 이차전지 음극재 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 이차전지 음극용 다공성 맥신(MXene) 신소재 박막 전극을 개발했다. 기존 알루미늄 음극재보다 최대 10배 이상의 출력과 6배의 사용 기간 연장이 가능한 전극이다.

왼쪽부터 KU-KIST융합대학원 허영훈 석박사 통합과정, 윤영수 교수(사진=고려대)

고려대는 윤영수 KU-KIST 융합대학원 교수팀의 허용훈 석박사 통합과정생이 이러한 연구성과를 거뒀다고 28일 밝혔다. 이번 연구에는 김선준 한국과학기술연구원 박사팀의 도움을 받아 수행했으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지(Journal of Materials Chemistry A)에 온라인 게재됐다.

이차전지 등 에너지 저장 장치는 휴대용 전자기기나 전기자동차에 있어 필수불가결한 기술이다. 현재 상용화된 이차전지는 리튬 이온 전지이지만, 차세대 기술의 필요성이 대두되고 있다. 충분하지 않은 에너지 밀도와 폭발 가능성, 리튬에 대한 편중성 탓이다.

알루미늄 금속 음극에 기초한 알루미늄 이차전지는 현재의 리튬 이온 전지를 대체할 가능성이 높은 기술로 주목받는다. 다만 알루미늄 음극 표면에 자발적으로 형성되는 산화 피막은 느린 반응 속도를 야기해 전기화학 성능을 저해하는 문제점을 갖고 있다.

연구팀은 부식을 억제할 수 있는 알루미늄 친화성 전극을 설계하기 위한 연구를 진행했다. 이를 통해 물리적·화학적 안정성을 가진 맥신 전극이 이온성 액체 전해질 내에서 부식되지 않고 작동하는 현상을 관찰했다.

연구팀은 “알루미늄 음극 소재의 전기화학 성능을 극대화하기 위하여 맥신 전극을 3차원 구조체로 디자인하여 연구를 진행했다”며 “이를 통해 다양한 작용기를 가진 3차원 맥신 전극이 알루미늄-금속 생성과 성장 메커니즘을 개선하는 핵심 역할을 수행할 수 있음을 확인했다”고 설명했다.