[IT 톺아보기] 연어 DNA로 전기차 배터리 용량 늘린다
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[IT 톺아보기] 연어 DNA로 전기차 배터리 용량 늘린다
  • 김상혁 기자
  • 승인 2020.03.22 08:58
  • 댓글 0
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연어 DNA 활용, '리튬 과잉 양극 소재' 안정화
세계 1위 슈퍼 컴퓨터 IBM '서빗, 코로나19 백신 개발 투입
새로운 물 분해용 수소 촉매, 싸고 오염물질 배출 없어
연일 터지는 정치·사회 뉴스에 빠져 정작 중요한 것을 놓치기 일쑤죠. 21세기 미래를 바꿀 IT기술, 인포테인먼트 소식입니다. 미래 먹거리일 뿐 아니라, 흐름을 놓쳤다간 금방 시대에 뒤처지게 됩니다. <오피니언뉴스>는 매주 주요 IT, 과학기술, 게임 소식들을 짤막하게 모아 소개합니다. 먼 미래가 아닌 눈앞의 미래에 상용화될 IT기술을 주로 다루려합니다.  [편집자 주]
리튬이온배터리의 용량을 늘리는 차세대 소재에 연어 DNA를 활용하는 방법이 개발됐다. 사진=픽사베이
리튬이온배터리의 용량을 늘리는 차세대 소재에 연어 DNA를 활용하는 방법이 개발됐다. 사진=픽사베이

[오피니언뉴스=김상혁 기자] 충전을 통해 반영구적으로 사용하는 리튬이온전지는 다양한 분야에서 활용됩니다. 특히 최근에는 전기차 배터리로 각광을 받고 있는데요. 리튬이온전지의 과제는 용량입니다. 용량 밀도가 높아야 더 오래 주행할 수 있기 때문입니다.

이를 위해 '리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)'라는 것이 개발됐습니다. 기존 상용화된 소재는 160㎃h/g이지만 'OLO'는 250㎃h/g으로 차세대 양극 소재로서 오랜 기간 주목을 받아왔습니다.

하지만 문제는 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없다는 것입니다. 그런데 이 문제를 '연어'의 DNA로 해결할 수 있는 연구결과가 발표됐습니다.

#연어로 전기차 배터리 용량 늘려

한국과학기술원(KIST)에 따르면 정경윤 에너지저장연구단장, 장원연 박사팀이 울산과학기술원(UNIST) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 연어 DNA를 활용, OLO의 표면을 안정화시키는 소재를 개발했다고 합니다.

연구진은 전지가 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행되는 사실을 확인했습니다. 이에 리튬이온과 친화력이 좋은 연어 DNA를 사용해 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어했습니다.

다만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있습니다. 연구진은 탄소나노튜브와 DNA를 합성해 이를 극복했습니다. 그리고 이를 균일하게 배열한 후 OLO 표면에 부착해 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인했습니다. 이어 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적인 것까지 확인했다고 합니다.

이상영 교수는 "합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개했다"고 의미를 밝혔습니다.

현존하는 세계 1위 AI 슈퍼컴퓨터가 코로나19 바이러스 백신 개발에 투입됐다. 사진=위키
현존하는 세계 1위 AI 슈퍼컴퓨터인 IBM '서밋'이 코로나19 바이러스 백신 개발에 투입됐다. 사진=위키미디어

#세계 1위 슈퍼 컴퓨터, 코로나19 백신 개발에 투입

현존하는 세계 1위 인공지능(AI) 슈퍼 컴퓨터인 IBM의 'Summit(서밋)'이 코로나19 치료제 개발에 투입됐습니다.

CNN에 따르면 '서밋'이 코로나19 바이러스의 숙주 세포 침투를 차단할 수 있는 약물을 분석 하는 작업 중이며 현재 77종을 가려냈다고 합니다. 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소가 이 같은 결과를 '켐아카이브' 저널에 발표했습니다.

코로나19 바이러스는 '스파이크' 단백질 갈퀴를 이용해 다른 바이러스보다 보다 쉽게 사람의 체내 세포에 침투합니다. 이후 바이러스 유전자 물질을 세포에 주입해 이 세포가 바이러스를 복제해 감염을 시킵니다. 따라서 바이러스가 다른 화학물에 어떻게 반응하는지를 살펴야 합니다.

이런 과정의 시뮬레이션을 해야하는데 이를 위해서는 가공할 능력의 연산능력이 필요합니다. 마침 '서밋'은 200페타플롭스(PFlops·초당 1000조번의 연산처리 능력)을 갖춘 세계 1위 AI 슈퍼컴퓨터입니다.

미국 정부와 IBM은 '서밋'을 동원해 8000개 이상의 화학물질이 어떻게 코로나19 바이러스와 반응을 하는지 시뮬레이션을 했고, 이 중 77개의 소분자 화합물을 발견했습니다. '서밋'의 능력 덕분에 가장 빠른 랩톱 컴퓨터로 몇 달이 걸릴 작업을 2일 안에 끝낼 수 있었다고 합니다.

연구소는 이번 결과를 바탕으로 조만간 2차 시뮬레이션에 돌입할 예정이라고 전했습니다.

물 분해용 수소 촉매 Ru@MWCNT 합성 모식도. 사진제공=UNIST
물 분해용 수소 촉매 Ru@MWCNT 합성 모식도. 사진제공=UNIST

#오염물질 배출없고 값 싸게 수소 얻는 새로운 촉매제

물을 배출하는 수소전기차는 친환경 자동차로 각광 받고 있습니다. 하지만 연료인 수소를 만드는 과정은 화석연료를 원료로 사용하기 때문에 오염물질을 배출하는 아이러니가 있습니다.

전기 분해로 수소와 산소를 얻는 친환경적 방법도 있지만 백금 같은 값비싼 귀금속 촉매가 필요합니다. 그렇다고 안정성이 높은 것도 아닙니다.

하지만 국내 연구진이 오염물질 배출이 없고 값싼 방법으로 수소를 얻을 수 있는 고효율 촉매를 개발하고 성능까지 평가했다고 합니다.

백종범 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 교수팀은 '루테늄(Ru)'과 ‘다중벽 탄소나노튜브’를 결합한 '물 분해용 수소 촉매, '를 개발했습니다.

백 교수팀은 기존 과전압 측정 외에 '물 분해 시스템'의 전극을 만들어 촉매 성능을 평가했습니다. 그 결과 같은 조건에서 상용화된 백금 촉매보다 15.6% 많은 수소가 나왔다고 합니다.

이와 함께 'Ru@MWCNT'는 기존의 금속 유기체 촉매보다 전기화학적 특성이 우수하다고 합니다. 과전압의 경우 기존에 발표한 촉매 중 가장 낮았고, 물의 산성·염기도에도 크게 영향을 받지 않았다고 합니다.

또 새 촉매는 합성법이 간단해 대량 생산에도 적합해 실용화에 가깝다고 합니다.


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