세균이 만드는 철산화물을 리튬이온전지의 음극재료에 활용 가능성

전문가 제언

○ 생물이 여러 가지 무기물질을 만드는 Biomineralization은 잘 알려져 있는 현상이다. 이 Biomineral은 생물이 합성하는 무기광물이며, 칼슘의 탄산염, 인산염, 수산염, 그리고 규소의 산화물 및 철의 산화물, 황화물, 탄산염, 인산염 등이 알려져 있다. Biomineral은 상온, 상압의 수용액 중에서 형성되기 때문에 합성에서 환경부하가 매우 작다. 또한 나노～마이크로 단위의 계층적으로 형성된 구조체로서 우수한 기능성을 가지고 있다. 근래 이와 같은 Biomineral의 합성공정과 계층구조 모방과 활용은 재료과학에서 중요한 테마가 되고 있다.

 

○ 지하수가 솟아 나와 있는 도랑이나 웅덩이 등에서 다갈색의 침전물이 자주 생성된다. 이것은 미생물이 만드는 철산화물의 집합체로 종래 미관을 해치고, 도움이 되지 않아 불필요하다고 생각하였다. 이것을 현미경으로 관찰하면 직경 약 1㎛ 튜브상의 구조체이다. 이 구조체는 철산화 세균의 일종인 Leptothrix ochracea가 수중에 포함되는 Fe2+를 산화했을 때에 세포 외에 형성된 부산물이라고 할 수 있다. 이것은 높은 비표면적을 가지는 산화철이 합성되는 경우도 있어, 고정화 담체나 적색 안료로 응용이 검토되고 있다.

 

○ 이 문헌은 Hashimoto 등의 연구 그룹이 자연계의 지하수 중에서 미생물이 만드는 나노튜브 형태의 산화철이 현재 리튬이온전지의 음극재료(탄소재료)보다 우수한 전지특성을 나타내는 것을 발견한 것이다. 특히 현재의 탄소재료 보다 큰 전기용량을 축적할 뿐만 아니라 충？방전을 반복하여도 양호한 사이클 특성을 나타내고 있다.

 

○ 이 분야는 일본이 전략인 과제로 연구하고 있다. 미생물에 의한 산화철 재료는 저비용, 친환경적인 재료이다. 이번에 연구하고 있는 재료는 독특한 특성을 가지고 있어, 제조 시에 다양한 아이디어를 추가한다면 차세대 전지의 음극재료로 개발될 가능성이 있다. 국내에서는 아직 이 분야에 대한 연구가 전무한 상태이다. 향후 Biomineralization을 이해하고 응용해 나간다면 새로운 하이브리드 물질의 개발뿐만 아니고 토양 및 지하수 정화 등 지구환경 보호에도 큰 역할을 할 수 있을 것이다.

 

저자

Hashimoto Hideki, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

63(3)

잡지명

工業材料

과학기술
표준분류

재료

페이지

45~49

분석자

김*환

분석물

• 세균이 만드는 철산화물을 리튬이온전지의 음극재료에 활용 가능성.pdf [575,885 byte]

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