포스텍 박문정 교수팀
카페인산 합성 리튬전지 개발
카페인으로 고속충전이 가능한 리튬전지를 만들 수 있다는 흥미로운 연구성과가 나왔다.
6일 포항공과대학교(POSTECH, 총장 김무환)는 박문정 화학과 교수, 김보람 씨 연구팀이 카페인산을 합성한 양극재로 전고체상 리튬전지를 개발했다고 밝혔다. 이는 전체가 고체상태면서 친환경적이고, 고속충·방전이 가능하며, 수명도 길어진 리튬유기전기 개발의 첫 번째 성공사례다.
이 연구성과는 에너지·화학 분야의 권위있는 학술지인 ‘켐서스켐(ChemSusChem)’ 최신판 표지논문으로 게재됐다.
연구팀은 카페인산을 원료로 합성한 P4VC 고분자를 리튬 이온 전지의 양극으로 사용하고, 액체 전해질을 대신해 고체인 단일 이온 전도성 고분자 나노입자를 전해질로 사용했다.
P4VC 고분자 양극재는 3볼트(V) 이상의 높은 환원전압을 보였으며, 현재 상용화된 전이금속 기반 양극재의 가역용량보다 2배 이상 높은, 단위 질량당 352밀리암페어(mAh)의 높은 방전 용량을 보였다. 특히 커피에서 쉽게 추출할 수 있는 카페인산을 양극재의 원료로 사용해 친환경적이라는 강점이 있다.
또, 액체 전해질을 고체 상태의 단일 이온 고분자 나노입자 전해질로 대체함으로써 내열성을 높였다. 90℃의 고온에서도 동작 가능하며, 우주와 같은 진공상태에서도 사용할 수 있다.
뿐만 아니라 10분 충전을 통해 100mAh g-1 이상의 높은 용량을 얻었고, 500사이클 이상의 연속적인 충방전 동안에도 그 용량이 전혀 감소하지 않는 안정성을 입증함으로써, 1년 이상 사용해도 성능이 감소하지 않는 휴대폰 배터리의 시대를 맞이할 수 있는 가능성을 열었다.
/이바름기자 bareum90@kbmaeil.com
