고려대, 수명 긴 차세대 고용량 리튬-황 배터리 개발

고려대학교는 화공생명공학과 겸 스마트모빌리티학부 문준혁 교수 연구팀이 기존 배터리보다 에너지 밀도를 높여 수명이 긴 고용량 리튬-황 전지를 개발했다고 24일 밝혔다.

리튬-황 전지는 기존 리튬-이온 전지보다 2~3배 에너지 밀도가 높고, 양극 재료로 사용되는 황의 풍부함과 낮은 가격에 주목받고 있다.

리튬-황 배터리는 충전·방전 중에 황과 리튬 설파이드라는 물질 사이에 전환이 일어나며 작동한다. 하지만 방전 시 생성되는 리튬 설파이드가 탄소 표면을 덮어 전기가 흐르지 못하게 된다. 이에 따라 전선이 절연체로 덮여 전기가 통하지 않는 것처럼 배터리의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

문 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 계면에너지를 제어하는 방법으로 나이오븀 산화물을 양극에 포함해 탄소 표면에 최소한의 접촉으로 황화리튬이 형성되도록 했다.

연구팀이 개발한 양극을 적용한 리튬-황 전지는 90% 이상의 황 활용도를 달성했으며, 약 10mAh/㎠의 양극 용량(리튬이온 전지 대비 2배)을 나타냈다.

교신저자인 문 교수는 "양극 메커니즘을 기반으로 간단히 문제를 해결할 방법을 제시한 것으로, 리튬-황 전지의 상용화에 기여할 것"이라고 했다.

이번 논문은 지난 18일 에너지 재료 분야 세계적 권위 학술지 'Energy Storage Materials'에 게재됐다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.