보통 사람들은 대부분 어떤 일을 할 때 완벽하게 마무리하는 것을 목표로 한다. 그런데 가끔은 완벽하지 않기 때문에 훨씬 더 큰 성과를 내는 경우가 있다. 최근 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀은 완벽하게 정제되지 않은 리튬(Li) 원료가 오히려 리튬 이온 이차전지 생산 효율과 성능을 높이고, 가격을 낮출 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

POSTECH 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. 이 연구는 국제 학술지인 중 하나인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.

리튬 이온의 이동으로 에너지를 저장하는 리튬 이온 이차전지는 전기자동차나 휴대폰, 노트북 등 다양한 제품에 광범위하게 사용되고 있다. 그런데, 주요 원재료인 리튬의 가격 변동이 매우 심하고, 채굴 및 정제 과정에서 리튬 원료의 순도를 높이기 위한 불순물 제거 공정에 막대한 비용이 투입되어 이차전지의 경제성이 낮고, 생산이 친환경적이지 못하다는 문제가 있었다.

연구팀은 이번 연구에서 리튬 원료의 순도가 이차전지 양극재의 생산과 성능에 미치는 영향을 확인했다. 일반적으로 리튬 원료 내에 있는 불순물은 이차전지의 성능을 떨어뜨린다고 알려져, 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”는 기대를 전했다.

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