KAIST, 2차원 신소재로 차세대 전기차 배터리 성능저하 해결

이재우 교수팀, 전극에 ‘산화맥신’ 추가해 원인 물질 제거

산화맥신의 표면. 땅콩 모양의 산화타이타늄이 분포돼있어 리튬황 배터리의 성능을 떨어뜨리는 황화리튬을 흡착·제거할 수 있다./KAIST 제공

국내 연구진이 2차원 신소재 ‘맥신(MXene)’을 활용해 차세대 전기차 배터리 후보인 리튬황 배터리의 성능 저하 문제를 해결할 방법을 찾았다.

이재우 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구팀은 판형 구조의 맥신을 합성하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

맥신은 탄소 원자와 타이타늄 등 중금속 원자가 평평한 구조를 이루고 있는 2차원 물질이다. 전기가 잘 통하고 유연하기 때문에 센서, 에너지저장장치 등 분야에서 그래핀 등을 대체할 수 있을 것으로 기대받고 있다.

연구팀은 이 물질을 리튬황 배터리의 전극에 활용하려는 시도를 했다. 리튬황 배터리는 리튬이온 배터리보다 높은 용량을 구현할 수 있지만, 충·방전 시 부산물인 황화리튬(리튬폴리설파이드)이 전해질로 녹아들어가 성능 저하를 일으키는 문제가 있다. 황화리튬을 맥신에 흡착·제거해 문제를 해결하겠다는 것이다.

연구팀은 맥신 속 타이타늄 원자를 산소와 결합시킨 산화맥신을 만들었다. 산화맥신을 전극에 추가한 결과, 산소와 결합한 타이타늄 원자가 황화리튬을 잘 흡착함으로써 황화리튬으로 인한 배터리 성능 저하를 막는 결과를 보였다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 "공정이 단순하고 비용 절감이 가능해 고용량 리튬황 배터리 개발에 한층 더 다가설 것"이라고 기대했다.

김윤수 기자(kysme@chosunbiz.com)

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