뼈 생기는 방식으로 고성능 리튬전지 소재 개발

강기석 교수

한국과학기술원(카이스트) 신소재공학과의 강기석(35·)·박찬범(41) 교수 연구팀은 22일 동물의 뼈가 형성되는 과정을 모방해 고성능 리튬이차전지용 전극소재 제조 기술을 개발했다고 밝혔다.

현재 휴대전화나 노트북 등의 전원장치로 널리 쓰이고 차세대 전기자동차 전원공급장치로 활용될 것으로 기대되는 리튬이차전지의 성능을 향상시키려면 전지 안의 리튬을 빨리 이동시켜야 한다. 연구팀은 전극 소재의 구조를 나노(1㎚=10억분의 1m) 크기로 만들면 표면적이 넓어지고 리튬의 확산에 필요한 거리가 짧아진다는 데 착안해 나노 소재를 찾았다.

박찬범 교수

연구팀이 주목한 것은 뼈의 생성 과정이다. 뼈는 대표적인 나노복합 소재로 콜라겐이라는 단백질 섬유를 따라 칼슘인산염 나노결정이 자람으로써 만들어진다. 연구팀은 작은 단백질인 펩타이드의 자기조립 공정을 이용해 콜라겐 섬유와 비슷한 단백질 나노섬유를 만든 뒤 여기에 철 이온과 인산이온의 반응을 이용해 이 나노섬유 위에 철인산염을 고르게 코팅했다. 이후 펩타이드 나노섬유에 열을 가해 숯처럼 탄화시키면 안쪽 벽이 전기가 흐르는 탄소층으로 코팅된 철인산염 나노튜브가 만들어졌다.

연구팀은 이 나노튜브가 아주 우수한 전극 소재로서의 특징을 지녔음을 규명해 논문을 재료분야 국제학술지 <어드밴스트 머티어리얼스> 21일치 온라인판에 게재했다. 연구결과는 네이처출판그룹(NPG) 아시아판에도 소개됐다.

이근영 선임기자 [e-mail]