사진 왼쪽부터 기초과학연구원 나노입자연구단 현택환단장, 오명환 박사. © News1
</figure>기초과학연구원(IBS) 연구진이 금속이 부식되는 원리를 역이용해 배터리의 용량을 높이는 연구결과를 얻었다.
24일 미래창조과학부에 따르면 ‘나노입자연구단’ 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)은 리튬이온배터리, 태양전지와 같은 에너지 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 ‘산화물 나노입자의 갈바닉 부식 작용기전’을 규명했다.
갈바닉(Galvanic) 교환반응은 금속이 부식되는 작용기전 중 하나로, 금속 나노재료의 성능을 높이는 가장 간단하고 직접적인 방법을 제공한다.
하지만 지금까지 금속 나노입자에만 적용 가능한 것으로 여겨졌다.
연구단은 이번 연구를 통해 금속산화물 나노결정에도 이 부식원리가 적용된다는 것을 증명했다.
금속산화물과 같은 이온결정은 금속과는 반대로 부식되는 물질에서 음극반응이 일어나고, 침적되는 물질에서 양극반응이 일어난다는 점을 이용했다.
이렇게 갈바닉 교환반응을 금속산화물 나노입자에 역으로 적용한 결과, 나노박스(nanobox)가 생성됐고, 철 과염소산염의 농도를 증가시킴에 따라 순수한 산화철 나노케이지(nanocage)로 변환됐다고 현 단장은 설명했다.
생성된 나노박스와 나노케이지의 속이 빈 구조는 더 많은 공간을 확보하게하고, 다공성 구조는 물질의 이동을 원활하게 해줘 에너지 저장능력을 획기적으로 증가시킨다는 것.
이는 리튬이온전지 실험에서 흑연을 음극으로 사용하는 것보다 최대 3배까지 용량을 향상시키는 것으로 확인됐다. 또 수많은 충방전 이후에도 성능저하(0.5%)가 거의없었다고 현 단장은 밝혔다.
현 단장은 “이번 연구 결과는 망간과 철 산화물 나노입자뿐 아니라 코발트와 주석 산화물, 망간과 주석 산화물 등 다금속 및 다공성 금속산화물 나노입자의 제조에 광범위하게 적용될 수 있다”며 “대량생산도 가능함에 따라 의약품과 MRI 조영제 등 생의학 분야 발전에도 기여할 것으로 보인다”고 전망했다.
이번 연구결과는 ‘사이언스 (Science)’ 5월 24일 본지에 게재됐고, 나노입자연구단 오명환 박사가 제1저자로 참여했다.
▲갈바닉 교환환원전위가 낮은 금속이 환원전위가 높은 금속 이온을 만날 경우, 환원전위가 낮은 금속은 산화·용해되고 환원전위가 높은 금속 이온은 환원돼 환원전위가 낮은 금속의 표면에 달라붙는 (침적)현상.
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