KAIST(총장 신성철)가 리튬-황 전지의 여러 문제를 해소할 유리 섬유막 기반의 고효율 전극을 개발했다. 리튬-황 전지의 낮은 전기 전도도와 수명 감소 현상을 개선, 전기자동차 전지와 같은 첨단 이차전지 개발에 널리 활용될 것으로 전망된다.
한국연구재단은 김도경 KAIST EEWS연구센터장이 이끄는 연구팀이 친환경·저비용 소재인 유리 섬유막을 이용, 리튬-황 전지용 고효율 전극을 개발했다고 31일 밝혔다.
리튬-황 전지는 현재 주로 쓰이는 리튬이온 전지보다 용량과 에너지 밀도가 우수, 차세대 대용량 에너지저장장치(ESS)로 각광받고 있다.
그러나 전지에 쓰이는 황의 전기 전도도가 낮고, 충·방전 시 전지 부피가 변화하는 문제가 있다. 또 리튬과 황이 반응하는 과정에서 전극이 손상, 상용화가 어려웠다.
그동안 업계는 전도성 탄소 재료 기반의 전극을 사용해 문제점을 해소하려 했지만 큰 효과를 보지 못했다. 오히려 바인더, 금속 집전체와 같은 부속물이 필요해서 전지 에너지 밀도를 저해했다. 소재 유연성도 부족, 전극 물질이 전지와 분리되는 문제점이 생겼다.
연구팀은 유리 섬유를 이용해 매우 유연한 다공성 골격 전극을 개발, 문제를 해결했다. 이 전극은 바인더, 금속 집전체 없이도 원활한 구동이 가능하기 때문에 에너지 밀도를 저해하지 않는다.
유연성이 커서 외부 충격에도 쉽게 전지와 분리되지 않는다. 또 유리 섬유막에 탄소나노튜브와 이산화망간을 첨가, 전기 전도도를 비롯한 전지 성능 감소를 막았다.
이렇게 만들어진 리튬-황 전지의 에너지 밀도는 그램(g)당 무게가 1210밀리암페어아워(mAh)다. 기존 리튬이온 전지의 6배가 넘는 수치다. 또 100회 충전, 방전을 거듭해도 970mAh의 에너지 밀도를 유지했다.
김도경 센터장은 “효율성이 높은 전극 제조 방식을 개발, 리튬-황 전지의 상용화와 대량 생산이 가능하게 됐다”면서 “앞으로 전기차에 적용돼 에너지 저장 용량을 극대화할 수 있을 것”이라고 기대했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
