건국대 화학공학과 김기출 교수 연구팀
유기 양극 소재의 구조적 불안정성 해결
(왼쪽부터) 김기출 교수(교신저자), 송송이 석사과정생(제1저자), 최민규 석박사통합과정생(제2저자). (사진=건국대 제공) *재판매 및 DB 금지
[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 건국대 화학공학과 김기출 교수 연구팀이 식품첨가물로 널리 알려진 사카린 분자의 화학 구조를 활용해 차세대 리튬 및 나트륨 이온 배터리용 유기 양극 소재 개발에 성공했다.
유기 양극 소재는 환경친화적이며 희소금속 자원 제약이 없어 차세대 에너지 저장 장치의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 낮은 레독스 활성도와 구조적 불안정성 등으로 상용화에는 한계가 있다.
이에 연구팀은 사카린 유도체의 레독스 활성 코어 구조를 대칭화하고 방향족 백본을 연장했다. 더해 다양한 기능기(functional group)를 도입해 통합 설계하는 방식으로, 기존 유기 전극에서는 관찰되기 어려운 'V자형' 레독스 활성 변화 패턴을 구현했다.
이 현상은 방향족 골격에서 나타나는 국소 유도효과(local inductive effect)가 전자 전달을 촉진해 레독스 반응을 조절한 결과로 분석됐다.
이는 기존 퀴논계 유기 전극 소재와 달리, 충분히 확장된 고리형 구조가 전극의 사이클 안정성과 레독스 활성도를 동시에 높일 수 있음을 보여준다.
유기 양극 소재는 환경친화적이며 희소금속 자원 제약이 없어 차세대 에너지 저장 장치의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 낮은 레독스 활성도와 구조적 불안정성 등으로 상용화에는 한계가 있다.
이에 연구팀은 사카린 유도체의 레독스 활성 코어 구조를 대칭화하고 방향족 백본을 연장했다. 더해 다양한 기능기(functional group)를 도입해 통합 설계하는 방식으로, 기존 유기 전극에서는 관찰되기 어려운 'V자형' 레독스 활성 변화 패턴을 구현했다.
이 현상은 방향족 골격에서 나타나는 국소 유도효과(local inductive effect)가 전자 전달을 촉진해 레독스 반응을 조절한 결과로 분석됐다.
이는 기존 퀴논계 유기 전극 소재와 달리, 충분히 확장된 고리형 구조가 전극의 사이클 안정성과 레독스 활성도를 동시에 높일 수 있음을 보여준다.
관련 연구 이미지. (사진=건국대 제공) *재판매 및 DB 금지
특히 이번 연구는 사카린 고유의 방향족 구조와 다중 리튬 활성 부위(O, S, N)를 활용해 고성능과 구조적 지속가능성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 유기 전극 설계 가능성을 제시한 사례다.
한편 이번 연구는 에너지 저장 및 배터리 분야의 권위 있는 국제학술지 '스몰(Small(IF=12.1)'에 7월 온라인 게재됐다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
한편 이번 연구는 에너지 저장 및 배터리 분야의 권위 있는 국제학술지 '스몰(Small(IF=12.1)'에 7월 온라인 게재됐다.
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