임종우 교수 서울대 - imjong-u gyosu seouldae

임종우 교수 서울대 - imjong-u gyosu seouldae

임종우 서울대 화학부 교수 연구팀이 발견한 '유기·물리화학적 성질'. (사진제공=서울대)

[뉴스웍스=백진호 기자] 임종우 서울대 화학부 교수 연구팀이 차세대 리튬금속배터리의 전해질 성능을 향상시킬 수 있는 '유기·물리화학적 성질'을 발견했다.

8일 서울대에 따르면 임 교수 연구팀이 불소를 제거한 유기분자로 리튬금속음극의 안전성을 높여 1500회 이상의 충전·방전을 진행했다. 연구팀은 실험 결과를 통해 리튬금속전지의 수명과 가격 경쟁력, 환경 친화성을 높일 수 있을 것으로 기대했다.

차세대 리튬금속배터리는 기존의 흑연 전극과 대비해 10배 높은 용량을 보유하고 있다. 하지만 내부 전해질이 리튬금속에 의해 분해·소모되며 수명이 저하되는 단점도 지니고 있다. 기존 전해질의 용매로 불소화 유기분자를 사용하는데, 불소화 유기분자는 리튬금속에서 쉽게 분해되기 때문에 수명이 짧다. 게다가 가격도 비싸고, 환경 오염의 주범이라는 오명까지 얻었다.

연구진은 기존의 리튬금속전지에 최적화한 전해질 디자인 규칙이 명확하지 않다는 점을 고려했다. 전해질과 리튬이온이 최적의 상호작용을 할 수 있는 유기분자의 유기·물리화학적 디자인 규칙을 제시했다. 연구팀의 규칙에 의하면 특정한 유기분자는 불소가 없어도 높은 효율성과 안정성을 지닌 전해질로 쓰일 수 있다. 연구 논문은 학술지 '네이처 커뮤니케이션'에 지난 4일 실렸다

임종우 교수 서울대 - imjong-u gyosu seouldae

임종우 서울대 화학과 교수. (사진=서울대 홈페이지 캡처)

임종우 교수 서울대 - imjong-u gyosu seouldae
현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터 투시도

현대자동차그룹이 미래 전기차 기술 리더십을 확보하기 위해 국내 최고의 배터리 전문가 그룹과 서울대학교 내 배터리 공동연구센터를 설립한다고 3일 밝혔다.

현대차그룹은 이를 통해 탄소 중립 실현을 목표로 전동화 추진에 박차를 가하는 한편, 국내 배터리 연구 생태계 조성에 이바지하며 대한민국이 세계 초일류 배터리 강국으로 도약할 수 있도록 적극적으로 지원할 방침이다.

현대차그룹과 서울대는 3일 서울 관악구 서울대 관악캠퍼스 행정관에서 서울대 오세정 총장, 이현숙 연구처장, 이병호 공대학장, 최장욱 화학생물공학부 교수와 현대차그룹 정의선 회장, 알버트 비어만 사장, 박정국 사장, 김걸 사장, 신재원 사장 등 양측 관계자들이 참석한 가운데 ‘현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터’ 설립 및 중장기 공동 연구를 위한 업무 협약(MOU)을 체결했다.

오세정 서울대 총장은 “서울대와 현대차그룹이 대한민국 이차전지 기술의 미래를 위한 역사적 협약을 맺게 돼 기쁘고, 서울대의 뛰어난 인재와 교육 및 연구 인프라와 현대차그룹의 도전 정신과 우수한 플랫폼이 만나 배터리 분야 연구의 시너지를 극대화하고 두 기관이 함께 성장해 나가는 좋은 기회가 될 것으로 기대한다”며 “함께 이끌어 갈 산학 협력 모델이 우리 국민과 인류를 위한 빛나는 기술을 창출하는 데 크게 이바지하게 되기를 기원한다”고 말했다.

정의선 현대차그룹 회장은 “배터리의 기술 진보는 전동화 물결을 가속할 것이며, 그 물결은 거스를 수 없는 큰 흐름이 될 것”이라며 “현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터는 현대차그룹에는 미래 모빌리티 사업의 리더십을 공고히 할 수 있는 기반이, 서울대에는 배터리 연구 생태계 구축의 근원이 될 것”이라고 말했다. 이어 “또 완성도 높은 기술과 세계 최고의 인력들을 배출해 대한민국의 미래를 이끌어 갈 중요한 기틀이 되고 전 세계 모빌리티 산업에 혁신적인 이바지를 하게 될 것”이라고 덧붙였다.

현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터는 △누구나 불편함 없이 쓸 수 있는 배터리 연구 △누구나 안심하고 사용할 수 있는 배터리 연구 △한국의 우수 연구진들로 전 세계 탄소 중립 실현에 이바지할 수 있는 배터리 연구 등 3가지 비전을 중심으로 차세대 배터리 기술을 개발하기 위한 중장기 선행 연구를 공동 추진한다.

배터리 기술의 빠른 발전과 더불어 세계 전기차 시장을 선점하기 위한 자동차 업계의 경쟁이 나날이 치열해지는 가운데, 현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터가 구체적인 성과를 창출하는 실용적 협업 모델을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

현대차그룹은 세계적 수준의 연구 역량을 보유한 국내 학계와 함께 전기차 주행 거리를 비약적으로 늘리고 충전 시간을 단축할 수 있는 차세대 배터리 선행 기술을 연구할 예정이며, 배터리 상태를 자세히 모니터링할 수 있는 첨단 기술 연구에도 매진할 계획이다.

구체적으로 현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터는 △배터리 관리 시스템(BMS) △전고체 배터리(SSB) △리튬메탈 배터리(LMB) △배터리 공정 기술 등 4개 분야를 중심으로 공동 연구를 추진한다.

현대차그룹은 공동 연구를 지원하기 위해 앞으로 10년간 300억원 이상을 투자한다. 특히 2022년 말까지 서울대에 현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터 전용 연구 공간을 구축하고, 최고 사양의 실험 장비를 설치할 계획이다.

현대차그룹-서울대 배터리 공동연구센터를 이끌어 갈 센터장으로는 배터리 분야의 세계적인 석학으로 꼽히는 최장욱 서울대 화학생물공학부 교수가 위촉됐으며 서울대를 중심으로 카이스트(KAIST·한국과학기술원), 유니스트(UNIST·울산과학기술원), 디지스트(DGIST·대구경북과학기술원), 성균관대 등 국내 대학 15명으로 구성된 교수진*과 100명 이상의 석·박사급 우수 인재가 연구에 참여한다.

* 분야별 공동 연구 참여 교수명단

·BMS 분야(3명) : 최장욱 서울대 교수, 문태섭 서울대 교수, 이상국 카이스트 교수
·전고체 배터리 분야(5명) : 최장욱 서울대 교수, 정인 서울대 교수, 임종우 서울대 교수, 남재욱 서울대 교수, 서동화 유니스트 교수
·리튬메탈 배터리 분야(5명) : 이규태 서울대 교수, 이원보 서울대 교수, 박정원 서울대 교수, 이종찬 서울대 교수, 이호춘 디지스트 교수
·배터리 공정 기술 분야(3명) : 윤원섭 성균관대 교수, 최장욱 서울대 교수, 강종헌 서울대 교수
·기타(충전 기술 1명) : 강기석 서울대 교수

서울대학교 화학부 임종우교수 연구실에서 행정 직원을 아래와 같이 모집합니다.

1. 채용인원 1명

2. 담당업무; 담당교수 비서 및 실험실 행정 업무

            (연구비 재원 연구원 신분으로 무기계약직 전환대상 아님)

3. 지원자격 우대 사항

 - 대학 연구비 업무 및 서울대 연구행정 (SRnD) 시스템 경력자 우대

 - 엑셀, 한글 등 OA 활용 가능자

 - 국가공무원법 제33조에 규정된 결격사유에 해당되지 아니한 자

4. 채용기간 및 근무조건

 - 계약일로부터 1년 단위로 연장 가능

 - 근무조건; 주 5일, 근무시간대 협의 가능

 - 보수; 월 230만원 (경력에 따라 협의 가능/ 퇴직금 및 기관 부담금 제외)

5. 제출서류

 - 이력서 1부 (자유양식, 최근 6개월 이내 촬영한 사진 첨부)

 - 최종학력증명서 1부

 - 경력증명서 1부 (채용시 제출)

6. 채용일정

 - 면접심사; 서류심사 합격자 개별 통보

 - 임용예정일: 2022년 10월중

7. 서류 접수 방법

 - 서류 접수 기간: 2022.9.26.(월)~ 2022.9.30(금) 까지

 - 서류 접수 방법: 이메일 접수 ()

8. 유의사항

 - 이력서에 연락처(핸드폰 번호) 반드시 기록할 것

 - 접수된 서류는 반환되지 않습니다. 

[서울=뉴시스]김수연 인턴 기자 = 서울대학교 자연과학대학 화학부 임종우 교수 연구팀(공동 제1저자 문준엽 연구원, 김동옥 연구원)은 불소 없는 전해질로 리튬 금속 배터리의 성능을 크게 향상하는 연구를 진행했다고 8일 밝혔다. 이를 통해 리튬금속 전지의 수명, 가격경쟁력과 환경친화성을 대폭 향상시켰다고 평가된다.

차세대 리튬 금속 배터리는 기존의 흑연 전극보다 10배 이상 용량이 높지만, 수명이 매우 빨리 줄어든다는 단점 때문에 상용화에 큰 문제가 있다. 기존에 개발된 전해질들은 리튬금속음극에서 자라는 뾰족한 수지상(dendrite)을 억제하기 위해 불소 원자가 포함된 용매(불화 용매)를 사용했는데, 이 용매는 리튬금속과의 안정성이 아주 낮아 쉽게 분해되는 문제가 있었다. 게다가 불화 용매는 가격이 비싸고, 환경 오염을 일으키는 문제가 있었지만 이를 대체할 기술이 개발되지 못했다.

 임종우 교수 연구팀은 불소를 제거한 새로운 용매를 이용해 세계 최초 1500 충방전 사이클을 달성하는 데 성공했다. 이를 달성하기 위해 연구진은 기존 리튬금속 전지를 위한 최적의 전해질 디자인 규칙이 명확하게 제시되지 않았다는 문제점에 주목했다. 연구진은 수지상을 억제하는 동시에 리튬금속 안정성을 향상하도록 전해질과 리튬 이온이 최적의 상호작용을 만들어 낼 수 있는 유기분자의 '유기-물리화학적' 디자인 규칙을 제시했다. 이에 따르면 특정한 유기분자가 불소를 포함하지 않더라도 높은 효율과 안정성을 띤 전해질로 사용될 수 있다는 것을 알게 돼 특히 '퓨란', '아니솔'과 같은 저렴한 비불소화 유기분자를 활용해 전해질을 개발할 경우, 충방전 사이클이 대폭 향상되는 것을 보여줬다.

  연구진은 추가 실험과 이론적 계산을 통해 유기분자 내 독특한 공명 구조를 유도할 경우, 디자인 규칙에 부합한 분자를 개발하는 것이 가능하다는 것을 밝혀냈다. 또 이를 확장해 다양한 유기 분자들이 고성능 전해질로 사용될 가능성을 시사했다.

본 연구는 서울대 화학부 임종우 교수 연구실의 석사과정 학생인 문준엽 연구원과 학부 인턴 학생인 김동옥 연구원이 공동 1 저자로 연구를 주도해, 화학과의 학부과정 지식으로도 산업계에서 주목하는 차세대 이차전지 분야의 발전에 기여를 할 수 있다는 메시지를 제시했다는 의의를 갖는다.

한편, 본 연구 논문은 네이처 커뮤니케이션(nature communications)에 지난 4일 실렸다.

◎공감언론 뉴시스