KAIST·포스텍·LG엔솔, 고성능 리튬 황 전지 개발…"리튬이온 대비 에너지 밀도 30% 향상"

한국과학기술원(KAIST)은 이진우 생명화학공학과 교수팀이 한정우 포스텍 교수 연구팀, LG에너지솔루션 차세대전지연구센터와 공동으로 리튬-황 전지를 개발했다고 19일 밝혔다.

철 단일 원자 기반 기능성 소재를 포함하는 리튬-황 전지 양극 합성 모식도

리튬-황 전지는 상용 리튬 이온 전지보다 2~3배 높은 에너지 밀도 구현이 가능할 것으로 기대돼 차세대 이차전지 후보군 중 하나다.

리튬-황 전지는 무거운 전해액 사용량을 줄이면서 높은 용량과 구동 전압을 확보하는 것이 관건이다. 다만 전해액 양이 줄면 오염 정도가 극심해져 리튬 이온 전도도가 낮아지고 전기화학 전환 반응 활성이 떨어진다. 양극에서 발생하는 리튬 폴리 설파이드 용해 현상 때문이다.

연구팀은 리튬 폴리 설파이드 용해 현상 개선, 전기화학 전환 반응성 향상을 이룰 수 있는 철(Fe) 원자 기반 기능성 양극 소재를 개발했다고 설명했다.

최적화된 전자구조를 지닌 철 원자 기반 기능성 소재를 양극에 도입해, 전해액이 소량이어도높은 가역 용량, 구동 전압, 수명 안정성을 구현할 수 있게 했다.

그 결과 기존 상용화된 리튬이온 배터리 대비 약 30% 정도 향상된 에너지 밀도를 확보했다고 강조했다.

이진우 교수는 “우수한 리튬-황 전지 양극 기능성 소재 개발에 전자 교환 현상 유도를 통한 전자구조 제어 기술이 전도유망함을 보여줬다”며 “리튬-황 파우치셀 수준에서 높은 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보하려는 노력이 지속돼야 한다”고 말했다.

이진우 교수팀은 다년간 LG에너지솔루션과 공동연구를 수행해오면서 LG에너지솔루션 연구팀과 산학 협업을 통해 리튬 폴리 설파이드 용해 현상 억제 및 전기화학 전환 반응성 개선 등을 연구하고 있다. 앞으로도 LG에너지솔루션과 리튬-황 전지 내 반응 현상 설명과 소재 개발 협업을 진행할 계획이다.

김영준기자 kyj85@etnews.com