[세종=뉴스핌] 이태성 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 이진우 생명화학공학과 교수 연구팀이 한정우 포항공과대학교(POSTECH) 교수 연구팀, LG에너지솔루션 차세대전지연구센터와 공동연구를 통해 에너지 밀도와 수명 안정성을 늘린 리튬황 전지를 개발하는데 성공했다고 19일 밝혔다.

리튬황 전지는 상용 리튬 이온 전지에 비해 2~3배 정도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있을 것으로 기대돼 차세대 이차전지 후보군으로 많은 관심을 받고 있다.

철(Fe) 원자 주변에 전자공여체와 전자수용체 도입을 통한 전자교환 현상 유도 전략 모식도 [자료=한국과학기술원(KAIST)] 2023.01.19 victory@newspim.com

특히 전기자동차나 전자기기와 같이 한 번에 얼마나 많은 양의 에너지를 저장할 수 있는지가 중요한 응용 분야의 경우 리튬황 전지 기술개발의 중요성이 더욱 대두되고 있다.

높은 수준의 에너지 밀도를 지닌 리튬황 전지를 구현하기 위해서는 전지 내부에 들어가는 무거운 전해액의 사용량을 줄이면서도 높은 용량과 구동 전압을 확보하는 것이 필수적이다.

하지만 전지 내부의 전해액 양이 줄어들면 전해액 오염정도가 심해져 리튬 이온 전도도가 낮아지고 높은 용량과 구동 전압을 구현하는 것이 제한된다.

전 세계적으로 많은 연구진이 기능성 소재들을 개발해왔으나 현재까지는 리튬황 파우치셀 수준에서의 높은 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보하는 데 어려움을 겪고 있다.

파우치셀은 가장 진보된 형태의 배터리 중 하나로 여겨지는데 응용분야에 따라 다양한 모양으로 제작할 수 있다는 장점이 있다.

이진우 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 전지 내부에 소량의 전해액 양을 사용하더라도 높은 가역 용량과 구동 전압, 수명 안정성을 유지하도록 구현했다.

이번 연구에서 개발된 양극 기능성 소재를 활용함으로써 기존의 상용화된 리튬이온 배터리 대비 약 30% 정도 향상된 에너지 밀도를 확보하는 성과를 거뒀다.

특히 철(Fe)은 가격이 매우 저렴한 소재이기 때문에 이번 연구에서 개발된 양극 기능성 소재가 향후 리튬황 전지 산업 분야에서 활용될 가능성도 열렸다.

왼쪽부터 임원광 KAIST 생명화학공학과 박사, 박철영 KAIST 생명화학공학과 박사과정, 정현정 POSTECH 화학공학과 박사과정 [자료=한국과학기술원(KAIST)] 2023.01.19 victory@newspim.com

이진우 KAIST 생명화학공학과 교수는 "우수한 리튬황 전지 양극 기능성 소재를 개발해 전자 교환 현상 유도를 통한 전자구조 제어 기술이 전도유망할 수 있음을 보여줬다ˮ고 설명했다.

이번 연구는 이진우 KAIST 교수 연구실의 임원광 박사와 박철영 박사과정, 한정우 POSTECH 교수 연구실의 정현정 박사과정이 공동 제1저자로 참여했다.

연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판에 지난달 17일 게재됐다.

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