고려대 문준혁 교수팀, '야누스 구조'의 고밀도 리튬-황 전지 개발

고려대학교는 화공생명공학과 문준혁 교수팀이 에너지 밀도를 대폭 향상하는 '야누스' 구조의 리튬-황 전지를 개발했다고 4일 밝혔다.

리튬-황 전지는 양극에 황·탄소 복합 필름을 사용하는 차세대 이차전지로, 기존 리튬-이온 전지보다 생산 단가가 낮고, 이론적으로 5배쯤 높은 용량을 구현할 수 있어 주목받고 있다. 그러나 고에너지 밀도를 위해 사용되는 두꺼운 전극(후막 전극)에서 황의 충·방전 반응이 불균일하게 나타나는 한계가 있었다.

연구팀은 문제를 해결하기 위해 야누스 구조의 전극을 제시했다. 이 전극은 로마 신화에 나오는, 앞뒤로 두 얼굴을 가진 야누스 신의 이름을 딴 것으로, 리튬 이온의 확산을 촉진하는 층과 황의 충·방전 반응을 촉진하는 층이 접합된 형태로 구성된다. 야누스 전극의 독특한 구조는 두꺼운 필름에서도 리튬 이온이 고르게 확산할 수 있게 하며, 필름 전체에서 충·방전 속도를 균일하게 해 전지의 용량을 극대화한다.

야누스 구조 양극을 적용한 리튬-황 전지는 ㎠당 최대 12㎃h의 양극 용량을 달성했다. 기존 리튬-이온 전지의 약 3배에 달하는 높은 수준이다.

교신저자인 문 교수는 "이번 연구는 고에너지 밀도 리튬-황 전지에서 양극의 한계를 극복할 수 있는 이질적 전극 구조를 제시했다는 데 의미가 있다"며 "이 기술이 리튬-황 전지의 상용화에 이바지할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 논문은 에너지 분야의 국제적인 학술지 '에너지 & 환경 과학'에 지난달 26일 게재됐다. 해당 논문은 표지 논문으로 선정돼 출판될 예정이다.

이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.