한국에 초대박 안겨줄 획기적 기술

한국에 초대박 안겨줄 획기적 기술

최대 800km 주행 가능한 리튬공기 이차전지 개발

KAIST-경기대 공동연구팀, 나노섬유ㆍ그래핀 복합촉매 개발

차세대 초고용량 전지로 주목받고 있는 리튬공기 이차전지의 핵심기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.KAIST는 신소재공학과 김일두·전석우 교수와 경기대학교 신소재공학과 박용준 교수 공동연구팀이 나노섬유·그래핀 복합촉매를 개발하고 리튬공기 이차전지에 적용해 리튬이온 이차전지 보다 용량이 5배 높은 ‘리튬공기 이차전지’를 제조하는데 성공했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 전기방사 방법으로 대량생산이 가능한 코발트산화물 나노섬유와 그래핀을 섞어 나노 복합촉매를 개발했다.연구팀은 나노 복합촉매를 리튬공기 이차전지의 양극에 적용, 리튬이온 이차전지 용량의 5배에 달하는 1000mAh/g 이상의 고용량에서도 80회 이상의 충ㆍ방전이 가능하도록 했다.

김일두 교수는 “이번에 확보한 충·방전 특성은 현재까지 보고된 성능중 가장 높은 수준이며, 금속 산화물과 그래핀을 소재로 활용했기 때문에 저렴하게 만들 수 있다”며 “상용화에 성공해 전기차에 적용하면 한 번 충전에 800㎞이상 주행할 수 있어 서울~부산 왕복이 가능해질 것”이라고 말했다.

 

"그동안 '오늘 걷지 않으면 내일 뛰어야 한다'는 좌우명을 가지고 에어로졸 효과와 기후변화 연구에 매진해왔는데 이런 결과를 맞게 돼 기쁩니다."

미래창조과학부와 한국연구재단ㆍ서울경제신문이 주관하는 이달의 과학기술자상 9월 수상자로 선정된 김맹기 공주대 대기과학과 교수는 "최근 폭염이나 집중호우 등과 같은 이상 기후 현상이 한국을 포함한 전지구촌에서 빈번하게 발생하고 있다"며 "이번 연구로 그런 기후변화 문제를 규명하는 데 기여할 수 있어 기쁘다"고 수상소감을 밝혔다.

한국에 초대박 안겨줄 또 하나의 획기적 기술

[이달의 과학기술자상] 김맹기 공주대 교수

빙하 빨리 녹게하는 '블랙카본 효과' 규명
화석연료 불완전연소로 생긴 대기 중 블랙카본 미립자 태양빛 흡수해 복사가열 유발
온실효과만으로 설명 안되는 이상 기후현상 밝혀내 환경개선 등 파급효과 클 듯

이달의 과학기술자상 9월 수상자인 김맹기 공주대 대기과학과 교수가 연구실에서 시뮬레이션한 자료를 보여주며 연구성과에 대해 설명하고 있다

세계의 지붕이라고 불리는 히말라야와 티베트고원의 빙하와 적설은 주변에 살고 있는 수십억명의 아시아인의 생명과 직결된 수자원으로 아시아의 기후변화에도 영향을 주는 매우 중요한 인자로 알려져 있다. 하지만 최근 이 지역의 빙하와 적설이 온실효과만으로는 설명이 불가능할 정도로 빠른 속도로 녹는 것이 관측되고 있었다. 수자원에 심각한 위협을 미치는 이 현상의 원인을 밝히는 것은 학계의 숙제였다.

김 교수는 블랙카본이나 먼지 에어로졸이 히말라야와 티베트고원의 빙하와 적설이 녹는 속도를 가속화시킨다는 사실을 밝혀내는 데 성공했다. 에어로졸은 대기 중에 떠돌아다니는 고체나 액체의 미립자로 일종의 대기오염물질이며 블랙카본은 이 에어로졸의 한 종류로 화석연료의 불완전연소 등에 의해 발생하는 물질이다.

태앙빛을 잘 흡수할 수 있는 이 블랙카본 등이 빛을 흡수하면 대기층이 가열된다. 이는 구름을 타게 만들어 구름의 양을 감소시킨다. 그 결과 지표면이 받는 태양복사의 양은 증가되고 지면이 가열된다. 김 교수는 이와 같은 블랙카본 등의 복사가열 효과가 히말라야와 티베트고원의 남쪽 상공에서 마치 열펌프처럼 따뜻한 공기를 끌어올려 적설과 빙하가 녹는 시기를 앞당긴다는 사실을 밝혀냈다.

이를 증명하기 위해 김 교수는 지상 관측자료와 인공위성 관측자료 등을 합성한 블랙카본 등 3차원 5종 에어로졸의 시공간 분포를 기후모델에 적용해 모델링했다. 이후 에어로졸의 영향을 고려한 실험과 그렇지 않은 실험을 설계한 후 고성능 컴퓨터 시뮬레이션을 적용했다.

김 교수의 이번 연구는 기후 환경 개선 등에 기여할 것으로 기대된다. 이산화탄소의 경우 수명이 수백년이나 돼 지금 당장 감축하더라도 그 효과가 나타나는 데 상당한 기간이 소요된다. 하지만 블랙카본 에어로졸은 배출을 줄일 경우 그 효과가 바로 나타난다. 이번 연구결과가 빙하와 적설이 녹는 속도를 완화시키는 것을 넘어 히말라야와 티베트고원의 수자원을 보호하고 주변 아시아 국가의 기후 환경도 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되는 이유다.