국립목포대학교(총장 박민서) 화학과 유충열 교수의 알루미늄 이온 배터리 연구내용이 미국 화학회에서 발행하는 나노과학기술 분야의 세계적인 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF 11.189)’에 게재되었다고 밝혔다.
리튬이온 배터리는 스마트폰과 같은 모바일 기기, 전기자동차에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다.
하지만 짧은 수명, 폭발 위험성, 리튬의 희소성에 따른 가격 변동성이 커 리튬이온 배터리의 대안을 찾으려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 가운데 국내 연구진이 그래핀/탄소나노튜브 복합 전극을 활용해 1분 이내 초고속 충전이 가능한 고성능 알루미늄 배터리를 개발했다. (알루미늄은 독성과 폭발 위험성이 없고 재활용 가능하며 지구상에서 3번째로 많은 원소로 가격이 저렴해 수급이 용이하다.
알루미늄을 이용한 이차전지는 알루미늄 이온을 사용해 에너지를 저장하는 최신 기술로 상용 배터리를 대체할 수 있는 안전한 대안으로 주목받고 있다.
목포대 화학과 유충열 교수는 알루미늄 이온 배터리의 인터컬레이션 반응 메커니즘을 2차원 이종다층전극 기반의 온칩-전기화학 셀 제작을 통하여 실시간 전하 수송 측정 및 광학 현미경 분석을 통해 명확하게 규명했다. 이러한 온칩-전기화학 셀 실험 결과를 바탕으로 그래핀/탄소나노튜브 복합전극을 기반으로 한 초고속 충전 가능한 고성능 알루미늄 이온 배터리 개발에 성공했다.
보고된 논문의 제목은 “Chloroaluminate Anion Intercalation in Graphene and Graphite: From Two-Dimensional Devices to Aluminum-Ion Batteries”이며 한국에너지기술연구원 에너지저장 연구실 윤하나 박사 연구팀, UC 버클리 대학(UC Berkeley, 미국), 하버드 대학(Harvard University, 미국)과 공동연구를 수행했 으며, 목포대 유충열 교수는 알루미늄 이온 배터리 소재 및 소자, 전기화학 고도 분석연구등을 수행하여 교신저자로 참여했다.
유충열 교수는 이번 연구를 통하여 “알루미늄 이온 배터리의 인터컬레이션 반응을 실시간 전하 수송 측정 및 광학 현미경 분석을 통해 명확하게 규명하고, 이를 바탕으로 초고속 충전이 가능한 새로운 알루미늄 이온 배터리를 개발했다”라고 연구 결과의 차별성·우수성을 강조했다.
/박상술 기자