KAIST 화학과 변혜령·김우연 교수 공동연구팀이 유기 분자로 이뤄진 다공성 골격구조체를 이용해 높은 사이클 성능을 가지는 리튬-유기 하이브리드 전지를 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 두 개의 질소 원소가 이중 결합을 가지는 아조 그룹을 레독스 코어로 가지면서 벤조싸이아졸 링커로 분자들을 엮어 거대한 다공성 구조체를 설계했다. 이러한 거대 유기체 전극은 현재 무기 산화물 기반의 전극을 대체해 유연하고 가벼운 전지의 개발에 활용될 것으로 전망된다.

이번 연구는 유기 분자들을 디자인해 거대 골격체로 만들 때 조절되는 분자 간의 상호작용 및 전자구조를 이용해 화학적 안정성, 불용성, 그리고 전기/이온 전도성을 향상할 수 있음을 증명했다. 

6분에 한 번씩 충전·방전하는 빠른 속도에서도 약 1000사이클 이상 구동이 가능한 유기계 전극을 개발할 수 있었다.

연구진은 실시간 라만 분광 관찰을 통해 전극에서 아조 그룹의 가역적인 전기화학 반응을 직접적으로 증명할 수 있었다. 

또 공동연구팀은 밀도범 함수 계산을 통해 두 개의 리튬 이온이 아조 그룹과 빠르게 회합함을 증명했다. 아울러 벤조싸이아졸 기반의 아조 유기 골격구조체가 가지는 약 3나노미터 이하의 다공성 채널로 리튬이온이 골격체 내부까지 쉽게 통과할 수 있어 이온 전도성 또한 확보함을 실험적으로 규명했다. 

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자
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