1000회 충·방전 가능한 '리튬-황' 이차전지 개발

- 새로운 인공 고체-전해질 물질로 전극 안정화 구현
- 드론, 자율주행차, 에너지 저장시스템 적용 기대
 
[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 녹색도시기술연구소 에너지융합연구단 조원일 박사팀이 새로운 인공 고체-전해질 중간물질(ASEI)을 사용해 리튬-황 전지의 성능과 수명 특성을 획기적으로 향상시키는 기술 개발에 성공했다고 24일 밝혔다.

리튬-황 전지는 이론적으로 리튬이온전지보다 대략 8배 높은 에너지밀도를 가진 차세대 2차전지다. 하지만 황을 양극으로, 리튬 금속을 음극으로 하는 리튬-황 전지 구현에는 많은 제약이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다. 

인조 고체-전해질 중간물질을 적용한 고성능 리튬-황전지 개념도.[제공=KIST]

실제 전지의 용량이 빠르게 감소하거나, 충ㆍ방전 수명이 짧아지며, 많은 열과 스파크를 일으켜 가연성 유기물인 전해액의 발화를 발생시키는 심각한 안전문제를 야기한다.

연구팀은 리튬-황 전지의 양극과 음극 모두에서 일어나는 전기화학 공정을 안정화시키기 위해 방어막 역할을 하는 나노미터 두께의 얇은 막인 인공 고체-전해질 중간물질(ASEI)을 제조, 음극에서 리튬의 안정한 도금을 형성해 단점을 상쇄하는 원천적 메커니즘을 고안해냈다.

연구팀의 실험결과, 고성능 리튬-황전지는 1000회 이상의 안정적인 충·방전이 가능하며, 기존의 리튬이온전지에 비해 용량이 3배 가량 상회하는 것으로 나타났다. 

조원일 박사와 연구원이 개발한 리튬-황 전지를 시연하며 의견을 나누고 있다.[제공=KIST]

조원일 박사는 “이번 연구는 가까운 시일 내에 리튬금속을 음극으로 하는 차세대 이차전지의 상용화를 앞당기게 될 것”이라며 “리튬-황 전지는 가볍고 에너지 출력이 높아 향후 드론, 자율주행차와 에너지저장시스템 등에 적용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 10월 7일자 온라인판에 게재됐다.

 

nbgkoo@heraldcorp.com