포스텍· RIST 공동 연구팀, 지속가능한 이차전지를 위한 역설적 연구 발표

최근 포스텍(포항공대) 연구팀은 완벽하게 정제되지 않은 리튬(Li) 원료가 오히려 리튬 이온 이차전지 생산 효율과 성능을 높이고, 가격을 낮출 수 있다는 사실을 밝혀냈다고 18일 밝혔다.

포스텍 친환경소재대학원·신소재공학과 박규영 교수, 신소재공학과 김용태 교수, 신소재공학과 통합과정 최고권 씨, RIST(포항산업과학연구원) 정우철 박사 공동 연구팀은 덜 정제된 리튬 원료를 이용해 전지 제작 공정 효율과 전지의 양극 성능을 높임과 동시에 탄소 발자국을 극적으로 낮출 수 있다는 연구를 발표했다. 

리튬 이온의 이동으로 에너지를 저장하는 리튬 이온 이차전지는 전기자동차나 휴대폰, 노트북 등 다양한 제품에 광범위하게 사용되고 있다. 

하지만 주요 원재료인 리튬의 가격 변동이 매우 심한데다 채굴 및 정제 과정에서 리튬 원료의 순도를 높이기 위한 불순물 제거 공정에 막대한 비용이 투입돼 이차전지의 경제성이 낮고, 생산이 친환경적이지 못하다는 문제점이 지속적으로 제기됐다.

이 연구팀은 이번 연구에서 리튬 원료의 순도가 이차전지 양극재의 생산과 성능에 미치는 영향을 확인했다. 

일반적으로 리튬 원료 내에 있는 불순물은 이차전지의 성능을 떨어뜨린다고 알려지면서 최소 99.5% 이상 순도를 가지는 리튬 원료 생산을 목표로 한다. 

그런데, 연구팀은 연구를 통해 리튬 원료 내 약 1%의 마그네슘(Mg) 불순물이 오히려 공정 효율을 높이며, 이차전지 수명까지도 증가시킨다는 사실을 밝혔다. 

실험 결과 불순물이 완벽하게 정제되지 않은 저순도 리튬은 이차전지 생산 비용과 이산화탄소 배출을 최대 각각 19.4%와 9.0% 줄이는 데 성공했다.

이번 연구를 이끈 박규영 교수는 “리튬 이온 이차전지의 진정한 지속 가능성에 대한 귀중한 통찰력을 제공했다”며 “차세대 에너지 저장 솔루션 개발 연구에 큰 도움이 되기를 바란다”고 밝혔다.

이 연구는 국제 학술지인 중 하나인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 최근 게재됐다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 미래소재디스커버리사업, 중견연구자지원 사업, 순환자원이용 희소금속 회수 공통 활용기술개발사업, 이차전지인력양성 사업 등의 지원으로 수행됐다.

포항=이영균 기자 [e-mail]