40년 미제 '리튬-설퍼(Li-S) 전지 작동원리' 규명

한기대 정용주·전자부품연구원 박민식·부산대 김석 공동연구

한국기술교육대학교는 에너지·신소재·화학공학부 정용주 교수가 전자부품연구원 차세대전지센터 박민식 박사, 부산대 김석 교수와 공동으로 지난 40여 년간 미제로 남아있던 리튬-설퍼(Li-S) 전지의 작동원리를규명했다고 17일 밝혔다.

연구결과는 전지분야 세계적 학술지인 미국전기화학회지(Journal of the Electrochemical Society) 인터넷판 10월호에 실렸다.

정 교수에 따르면 이번 연구를 통해 리튬-설퍼 전지의 방전 및 충전 메커니즘에대한 학계의 오류를 발견하고 새로운 반응 메커니즘을 제시했다.

그간 학계에서는 리튬-설퍼 전지는 고체 설퍼 입자가 직접 전자를 받아 방전반응이 시작되고, 설퍼(S8)가 방전되면서 생성되는 고체 Li2S 입자가 직접 전자를 받아 충전반응이 진행된다는 것이 정설이었다.

그러나 공동연구팀은 양극과 전기적으로 분리된 고체 설퍼와 Li2S 입자도 반응에 참여할 수 있다는 것을 보임으로써 전하전달이 고체와 고체 계면이 아닌 고체와액체 계면에서 일어난다는 것을 밝혀 리튬-설퍼 전지 반응 메커니즘을 정립했다.

이번 연구결과는 고용량 설퍼 전지 연구개발 방향과 전략을 새롭게 제시한 것으로 평가되고 있다.

정용주 교수는 "전지의 작동원리는 연구개발 수립단계에서 나침반과 같은 역할을 해서 매우 중요하고, 고성능 전지개발을 위해선 메커니즘에 대한 정확한 이해가무엇보다 선행돼야 한다"며 "공동연구팀은 새로운 메커니즘을 적용해 기존 리튬-설퍼전지의 부피 에너지밀도를 최소 50% 이상 향상시킬 수 있었다"고 말했다.

그는 또 "이번 연구결과는 리튬-설퍼전지 연구개발 분야의 중대 전환점이 될 것이며 최적화 과정을 거친다면 고용량 리튬-설퍼 전지 기술의 전기를 마련, 부피 에너지밀도를 크게 향상시킬 수 있을 것"으로 전망했다.

리튬-설퍼 전지는 설퍼(유황)를 양극소재로, 리튬 금속을 음극소재로 사용하여가격이 저렴하고 이론 용량과 에너지밀도가 높아 현재 상용화되어 있는 리튬이온 전지를 대체할 전지로 주목을 받고 있다.

jtj@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>