전해액 소량 사용 고성능 발휘 리튬-황 차세대 배터리 개발

경상국립대 에너지공학과 정현영 교수팀…차세대 배터리 상용화 기술에 성큼

[진주=뉴시스] 경상국립대 정현영 교수팀이 개발한 파우치 셀 리튬-황 전지의 시연 및 메커니즘 계산화학. *재판매 및 DB 금지

[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 경남 진주 경상국립대학교는 정현영(에너지공학과)교수팀이 황화-트라이아진 고분자 구조를 적용해 전해액을 적게 사용하고도 고성능을 발휘하는 '리튬-황 배터리'를 개발했다고 10일 밝혔다.

리튬-황(Li-S) 배터리는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리 시장의 주도권을 잡기 위해 국내 대기업 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)뿐만 아니라 연구기관에서 기술 확보에 사활을 걸고 있는, 미래 배터리의 가장 유력한 기술 가운데 하나이다.

리튬-황 배터리의 이론적 에너지밀도는 2567Wh/kg로서 리튬이온 배터리의 약 10배이다.

그러나 실제 상용화 가능한 에너지밀도를 달성하기에는 현재 사용하고 있는 에테르 기반 전해액의 ‘용해-침전’ 반응으로 인해 많은 제약이 있다. 그 주된 이유는 양극내 유황 활물질이 다황화물의 형성으로 많은 손실이 발생하기 때문이다.

두 가지 해결책이 이용됐는데 하나는 적당한 호스트물질(나노탄소, 금속산화물 등)을 도입해 황 활성도를 높이거나, 다른 하나는 과량의 전해액을 사용해 전지의 사이클 특성을 향상시키는 방법이다.

그러나 전지 무게의 40%에 달하는 과량의 전해액을 사용할 경우, 전해액 대 전극의 비율이 30µL/mg 이상이면 리튬-황 배터리의 에너지밀도는 130wh/kg이 한계이다.

정현영 교수팀은 트라이아진에 유황을 화학적으로 공유결합시켜 양극으로 제조하는 기술을 개발해 소량의 희박 전해액에서도 고성능을 발휘하는 리튬-황 배터리를 성공적으로 작동시켰다.

연구팀에서 개발한 황화-트라이아진 고분자 양극은 전해액 대 전극의 비율이 4µL/mg인 희박 전해액에서도 우수한 황 반응성과 수명 특성을 보였다.

정현영 교수는 “리튬-황 배터리는 전고체전지와 함께 차세대 K-배터리의 핵심축이며, 전지 시장을 계속적으로 선도하기 위해서는 조기 상용화가 반드시 필요하다"며 "특히 저렴하면서도 에너지밀도가 높은 리튬-황 배터리의 차별화된 기술과 기술적 한계를 뛰어넘는 개발을 위해 최선의 노력을 다하겠다"고 밝혔다.

[진주=뉴시스]경상국립대 정현영 교수. *재판매 및 DB 금지

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