가볍고 오래쓰는 '리튬황 배터리' 상용화 청신호

- 광주과기원 이재영 교수팀, 전기화학 촉매 반응통해 용량 개선 및 내구성 확보

리튬황 배터리의 상용화 가능성을 높인 이번 연구결과가 게재된 국제학술지 '켐서스켐' 1월호 표지.[광주과기원 제공] ]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 이재영 교수 연구팀은 차세대 에너지 저장기술로 주목받고 있는 리튬황 배터리의 성능과 내구성을 개선하는데 성공했다고 26일 밝혔다

리튬황 배터리는 기존 리튬이온 배터리 보다 이론적으로 5배 높은 에너지 밀도를 갖고 있을 뿐 아니라, 경제적이고 친환경 소재로 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 전기차와 같은 중대형 에너지 저장장치 뿐 아니라 휴대용 전자기기 및 초경량‧초소형 특수장비에도 활용이 가능해 세계 각국에서 개발을 위한 경쟁이 치열하다. 하지만 황의 비전도성 특성과 낮은 수명은 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다.

리튬황 배터리의 성능 개선을 위해서는 생산단가가 낮고 비전도성인 황의 고효율 변환이 필요하다. 이러한 변환을 가능하게 하는 전기화학 반응 메커니즘을 규명하기 위한 연구가 부족한 실정이다.

연구팀은 전기화학적 산화환원반응 촉매로 코발트옥살레이트를 매우 간단한 화학적 침전법을 이용해 그램 단위의 생산이 가능하도록 합성, 이를 리튬황 배터리의 양극에 적용했다.

코발트 옥살레이트 전기화학 촉매 기반 양극은 생성되는 리튬폴리설파이드를 촉매와 양극 표면에 흡착함으로써 리튬폴리설파이드가 셀 내부를 돌아다니며 발생시키는 자가 방전을 최소화 할 수 있었다. 또한 기존 리튬황 배터리 대비 약 1.5배 수준으로 일주일가량 배터리를 놔두어도 자가 방전에 의한 성능 저하 없이 셀 성능이 지속됨을 확인했다.

리튬황 배터리의 반응과 이를 통한 적용 분야.[광주과기원 제공]

이재영 교수는 “이번 연구성과는 전기화학 촉매 반응을 통해 저렴한 비용으로 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 리튬황 배터리의 용량 개선과 내구성을 확보했다는데 가장 큰 의의가 있다”면서 “후속 연구를 통해 리튬황 배터리의 내구성을 점차 개선하여 차세대 에너지 저장 기술 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 에너지분야 국제학술지 ‘켐서스켐(ChemSusChem)’ 1월 19일자 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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