극지연구소는 13일 차세대 이차전지로 꼽히는 리튬-황 전지 개발의 핵심 소재 후보물질을 남극에서 찾았다고 발표했다.

극지연구소에 따르면 리튬-황 전지는 배터리 용량이 크고, 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 또 원재료도 원활하게 수급할 수 있어 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 배터리 충전 방전 과정에서 황의 성질이 변하거나 바인더가 팽창하면서 성능이 떨어지는 문제 때문에 기술개발에 어려움을 겪고 있다. 바인더는 전극재료를 묶어두고 전기적 연결을 유지해 이차전지의 성능을 결정짓는 핵심 부품이다.

극지연구소 윤의중 박사와 경희대학교 이정태 교수 공동연구팀은 바인더 기능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 물질을 남극에서 발견했다. 이들은 남극 세종기지 인근 바다에서 채집한 홍조류 커디에아 라코빗자에(Curdiea racovitzae)에서 이 물질을 찾아냈다.

연구팀의 시뮬레이션 결과 홍조류에서 분리한 복합 다당체 CRP(커디에아 라코빗자에 폴리머)를 바인더로 활용하면 개미굴같은 복잡한 3차원 구조를 유도하는데 이 구조가 리튬-황 배터리의 성능과 안정성 향상에 기여하는 것으로 나타났다. 개미굴처럼 생긴 다공성 구조에서는 빈 공간들이 배터리가 충전 방전을 지속할 때 발생하는 내부 부피팽창을 수용할 수 있어 장기간 사용해도 전극의 형태가 안정적이었다. 연구팀에 따르면 리튬-황 전지의 바인더로 상용 바인더 대신 CRP를 사용하면, 배터리 용량 유지 성능은 100%가량 향상됐다.

극지연구소와 경희대 공동연구팀은 상용화를 위한 대량 배양 기술 확보와 후보물질 추출 효율 증대, 유사 국내 해조류 발굴 등 추가 연구를 수행 중이다. 연구결과는 국제학술지 머터리얼 투데이(Materials Today)에 게재됐고, 국제 특허도 진행 중이다.

신형철 극지연구소장은 “극한 환경이 빚어낸 남극 생물은 신비로움 이상의 가치를 인류에게 선물할 수 있다”며 “남극을 잘 보존하면서 지혜롭게 활용하기 위한 대한민국 극지연구의 도전은 계속될 것”이라고 말했다.

정연근 기자 ygjung@naeil.com