DGIST·LG엔솔, 리튬황 배터리 수명 2배 늘릴 보호막 개발

표면 적응형 이중층 보호막 개발
음극 안정성 높여 전해질 손실 방지

리튬황 이차전지 보호막 기술을 개발한 이홍경 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수(왼쪽)와 임민홍 연구원./DGIST

국내 연구진이 차세대 배터리로 꼽히는 리튬황 이차전지의 수명을 대폭 늘릴 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 리튬황 이차전지의 효율성과 안정성도 크게 높일 수 있어 상용화에도 속도가 붙을 것으로 전망된다.

이홍경 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수 연구팀은 이용민 연세대 화공생명공학과 교수, LG에너지솔루션과 함께 리튬황 이차전지의 수명을 늘릴 새로운 보호막 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

리튬황 이차전지는 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고, 가격이 저렴해 차세대 이차전지 기술로 꼽힌다. 하지만 리튬 금속 음극이 불안정해 전해질 소모가 빨라 수명이 짧다는 단점이 있다. 특히 리튬 금속 음극 표면에는 나뭇가지 모양의 결정체 ‘덴드라이트’가 형성돼 이차전지 효율이 떨어진다.

연구팀은 ‘표면 적응형 이중층 보호막’을 개발했다. 보호막은 리튬이 음극을 나가고 들어올 때 발생하는 변화에 잘 적응하도록 만드는 역할을 한다. 음극 불안정으로 발생하는 전해질 손실을 줄여 기존 리튬황 이차전지보다 수명을 두 배 이상으로 늘렸다.

연구팀이 개발한 새로운 보호막은 두 개의 층으로 구성됐다. 보호막 내부는 리튬 금속 음극 표면에 잘 붙어 리튬이온이 나올 때 보호막이 벗겨지는 걸 막아준다. 외부 층은 충·방전 과정에서 생성되는 화합물 ‘리튬 폴리설파이드’가 내부로 침투하지 못하도록 막아 이차전지 성능과 수명을 개선한다.

이홍경 교수는 “이번 연구는 리튬황 배터리의 실용화에 한 걸음 더 다가갈 수 있는 중요한 성과”라며 “앞으로 다양한 보호막 소재를 시험해 최적의 조합을 찾는 연구를 지속할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 ‘나노 소재 기술개발사업’의 지원을 받았다. 연구성과는 재료공학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 3월 게재됐다.

참고 자료

Advanced Functional Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202316838

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -