포타슘 이온 배터리 성능 혁신, 차세대 에너지 저장 기술 개발

신소재공학과 김태영 교수, 정성훈 박사, 민지원 연구원, 최형준 학부연구생 (사진 좌측부터)

기존 리튬 이온 배터리의 한계를 극복할 차세대 포타슘 이온 배터리의 성능과 안전성을 획기적으로 향상시킬 기술이 개발됐다.

가천대 신소재공학과 김태영 교수 연구팀이 호주 퀸즐랜드 공과대학교(QUT) 디팩 두발(Deepak Dubal) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 포타슘 이온 배터리용 고효율 탄소 음극재 개발에 성공했다.

포타슘은 리튬보다 지구상에 훨씬 많이 존재하며, 전기를 저장하는 특성이 뛰어나 차세대 배터리 소재로 주목받고 있다. 하지만 포타슘 이온은 리튬 이온보다 크기가 커서 기존 리튬 이온 배터리에 사용되는 소재를 그대로 적용하면 성능이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 음극재의 구멍 크기와 모양을 조절하는 효과적인 친환경 방법을 개발했다. 이를 통해 포타슘 이온이 효과적으로 저장되고 배출될 수 있도록 설계했으며, 세계 최고 수준의 배터리 성능과 안정성을 확보하는 데 성공했다. 이는 마치 물병의 입구 크기를 조절해 물이 원활하게 흐를 수 있도록 하는 것과 같은 방식이다.

이번 연구 성과는 논문제목 "Role of Mesoporosity in Hard Carbon Anodes for High-Energy and Stable Potassium-Ion Storage"로 지난 3월 소재 분야 국제 학술지 Small(IF: 13.0)에 게재됐다.

김태영 교수는 "이번 연구는 해외 연구진과의 협력을 통해 이뤄낸 의미 있는 성과일 뿐만 아니라, 정성훈 박사와 학부연구생인 민지원, 최형준 학생이 주도적으로 참여했다는 점에서 더욱 뜻깊다. 앞으로도 차세대 배터리 기술 발전을 위해 지속적으로 연구를 이어갈 계획"이라고 밝혔다.

정성훈 박사는 현재 산업혁신인재성장지원(해외연계)사업의 지원을 받아 호주 QUT에서 후속 연구를 진행하고 있다. 민지원 동문(19학번)은 한국전자기술연구원에서 연구원으로 활동 중이며, 최형준 학생(4학년)은 본교 신소재공학과 대학원에 진학해 배터리 소재 연구를 이어가고 있다.