윤원섭 성균관대 교수, 배터리 양극소재로 카페인 가능성 제시

[이데일리 김형환 기자] 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수와 이원태 연구교수 연구팀이 리튬 이온 배터리 양극소재로 카페인의 가능성에 대한 연구를 최초 보고했다고 성균관대가 21일 밝혔다.

세계적 학술지 ‘에너지 스토리지 메테리얼스(Energy Storage Materials)’의 올해 2월 표지. 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수 연구팀이 연구한 결과가 단독 전면표지로 선정됐다. (사진=성균관대 제공)

윤원섭 교수와 이원태 연구교수는 리튬이온 이차전지의 핵심 요소 중 하나인 양극소재에 카페인 분자를 활용해 배터리의 높은 에너지와 빠른 충전 속도를 확보할 수 있다는 사실을 규명하는 연구 결과를 세계적 학술지인 에너지 스토리지 메테리얼스(Energy Storage Materials)에 게재했으며 단독 전면표지로 선정됐다.

연구팀은 카페인을 최적화된 전극 설계를 통해 에너지 저장소재로서의 가능성을 검토하고 반응 메커니즘을 조사했다. 연구팀은 카페인이 총 2mole의 리튬 이온을 저장하고 방출할 수 있으며, 100회 충·방전 이후에도 200mAh/g 이상의 고용량을 나타냈다고 밝혔다. 또 고속 충전 시 6분 만에 50% 정도의 용량을 충전할 수 있는 특성을 보여주었다.

본 연구는 리튬이온전지 전극소재로서 카페인의 에너지 저장 반응메커니즘을 최초로 규명한 것에 의의가 있다. 이원태 연구교수는 “반응 메커니즘 분석의 목적으로 설계된 프로토타입의 전극 설계로 실제 상용화 수준의 전극 설계를 위해서는 해결해야 할 과제들이 많이 남아 있다”고 덧붙였다.

연구를 지도한 윤원섭 교수는 “이차전지 시장에서 주를 이루고 있는 소재들은 고함량 니켈 기반 층상구조 소재와 같이 전이금속 기반 무기화합물인데 한정된 매장량으로 인해 머지않아 높은 비용 및 지속 가능성에 대한 우려와 같은 문제를 야기할 것”이라며 “이에 대한 대안으로 자연계에 무한히 존재하는 원소들로 이루어진 유기계 전극재료의 개발은 지속가능한 개발 측면에서 매우 매력적인 전략이 될 것”이라고 말했다.