KAIST '성능·용량 업그레이드' 차세대 전지 개발

KAIST '성능·용량 업그레이드' 차세대 전지 개발
리튬 황 전지 이론용량 92％ 구현…국제 학술지도 주목



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과·나노융합연구소 차세대배터리센터 김희탁 교수 연구팀이 고성능·고용량 리튬 황 전지를 개발했다고 30일 밝혔다.
리튬 황 전지는 현재 광범위하게 활용되는 리튬 이온 전지보다 6∼7배 높은 이론 에너지 밀도를 가진다.
성능 면에서 더 우수하다는 뜻이다.
게다가 원료 물질인 황의 가격이 비교적 저렴해서 차세대 리튬 이차전지로 꼽힌다.
다만 현재는 구동 중 방전 생성물인 황화 리튬이 전극 표면에 쌓이는 문제를 안고 있다.
전극 표면에서 전자 전달을 차단해 리튬 황 전지 이론용량 구현을 막기 때문이다.
KAIST 연구팀은 기존 리튬 황 전지 전해질에 쓰던 리튬 염을 음이온 염으로 대체했다.
이 전해질 염은 전지 내부 황화 리튬 용해도를 높여서 전극 표면에 3차원 구조 황화 리튬 성장을 유도한다.
이를 통해 높은 용량을 구현할 수 있게 한다.


실제 연구팀은 기존 전지와 동등한 수준의 면적당 용량 밀도를 갖는 고용량 황 전극에서 이론용량 92％ 수준까지 달성했다.
기존 70％대의 리튬 황 전지 기술 한계를 넘은 셈이다.
아울러 100번 이상 구동했을 때에도 안정적인 수명을 구현했다.
다양한 구조의 황 전극·구동 조건에서 적용할 수 있어서 산업적으로도 큰 의미를 지닐 것으로 연구팀은 판단하고 있다.
KAIST 나노융합연구소 차세대배터리센터장 김희탁 교수는 "리튬 황 전지 걸림돌을 제거하기 위한 새로운 물리 화학적 원리를 제시한 것"이라며 "리튬 황 전지 이론용량의 90％ 이상을 100 사이클 이상 돌리면서도 용량 저하를 보이지 않았다는 점에서 새로운 이정표가 될 것으로 본다"고 말했다.


연구는 KAIST 나노융합연구소, 한국연구재단, LG화학 지원을 받아 수행됐다.
추현원 석사과정과 노형준 박사과정이 1저자로 참여한 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 14일 자 온라인판에 실렸다.
우수성을 인정받아 편집자가 꼽은 '에디터스 하이라이트'에 선정됐다.
walden@yna.co.kr
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