에너지밀도 30% 향상된 고성능 리튬-황 전지 나왔다

이진우 KAIST 교수 연구팀 POSTECH·LG엔솔과 공동연구
기존 리튬이온 배터리 대비 에너지밀도 30% 향상

철 원자 주변 전자공여체와 전자수용체 도입을 통한 전자교환현상 유도 전략 모식도. 사진=KAIST 제공

국내 연구진이 기존 대비 에너지 밀도와 수명 안정성을 대폭 늘린 리튬-황 전지를 개발하는데 성공했다.

24일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 이진우 생명화학공학과 교수 연구팀은 한정우 POSTECH 교수 연구팀, LG에너지솔루션 차세대전지연구센터와 공동연구를 통해 리튬 폴리 설파이드의 용해 현상과 전기화학 전환 반응성을 대폭 향상할 수 있는 철(Fe) 원자 기반의 기능성 양극 소재를 개발했다.

고성능 리튬-황 전지를 구현하기 위해서는 전지 내부에 들어가는 무거운 전해액의 사용량을 줄이면서도 높은 용량과 구동 전압을 확보하는 것이 필요하다.

하지만 현재 리튬-황 파우치 셀 수준에서의 높은 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보하는 데 어려움을 겪고 있다.

이에 연구팀은 최적화된 전자구조를 지닌 철 원자 기반 기능성 소재를 양극에 도입함으로써, 리튬 폴리 설파이드의 용해 현상을 효율적으로 억제할 수 있는 효과뿐만 아니라 리튬 폴리 설파이드가 불용성의 리튬 설파이드로 전환될 수 있는 반응성 또한 개선했다.

이어 연구를 통해 전지 내부에 소량의 전해액 양을 사용하더라도 높은 가역 용량, 구동 전압, 그리고 수명 안정성을 구현했다.

특히 이번 연구에서 개발된 양극 기능성 소재를 활용함으로써 기존의 상용화된 리튬이온 배터리 대비 약 30% 정도 향상된 에너지 밀도를 확보했다고 연구팀은 설명했다.

철은 가격이 매우 저렴한 소재이기 때문에 이번 연구에서 개발된 양극 기능성 소재가 향후 리튬-황 전지 산업 분야에서 활용될 가능성이 생겼다.

이진우 교수는 "앞으로도 기능성 소재의 전자구조를 제어할 수 있는 다양한 기술개발을 통해, 리튬-황 파우치 셀 수준에서의 높은 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보하려는 노력이 지속돼야 한다"고 말했다.