KAIST가 차세대 이차전지인 리튬황 전지 이론용량을 92%까지 높이는데 성공했다. 용량 밀도도 높여 고성능 이차전지 개발 청신호를 밝혔다.
KAIST는 김희탁 생명화학공학과·나노융합연구소 차세대배터리센터 교수팀이 이전에 불가능했던 수준의 고성능, 고용량 리튬황 전지를 개발했다고 30일 밝혔다.
리튬황 전지는 기존 리튬이온 전지보다 에너지밀도가 6~7배 높고, 원료물질 가격도 저렴해 많은 장점을 가진다. 차세대 리튬 이차전지로 주목받고 있지만 단점도 있다.
구동 과정에서 생성되는 황화리튬이 전극 표면에 쌓여 표면 전자전달을 차단한다. 이 때문에 이론용량을 낮추는 '전극 부동화' 문제가 생긴다. 학계에서는 전기가 흐르는 도전재를 전극에 과량 넣는 방식으로 문제를 해결하려 했는데, 도리어 밀도를 크게 낮추는 추가 문제가 발생했다.
연구팀은 전해질을 바꾸는 방법을 썼다. 전해질에 사용하던 리튬염을 전자기여도가 높은 음이온 염으로 대체했다. 이 염은 전지 내부 황화리튬 용해도를 높인다. 또 전극 표면에 삼차원 구조 황화리튬 성장을 유도해 전극 부동화를 효율적으로 억제한다.
새로 개발한 전지는 이론용량 92%와 1㎠당 4밀리암페어(mAh) 용량 밀도를 보였다. 기존 리튬황 전지 기술 한계를 넘은 수치다. 또 음극 표면에 부동피막이 형성돼 100사이클 이상 구동 시에도 안정적인 수명을 유지했다.
연구팀은 새로 개발한 기술을 다양한 황 전극 구조와 구동 조건에 적용할 수 있어 산업 분야에 미칠 파장이 크다고 설명했다.
김희탁 교수는 “리튬황 전지가 가진 한계를 돌파하기 위해 새로운 물리 화학 원리를 제시했다”며 “이론 용량 90% 이상, 100사이클을 유지하면서 용량 저하도 없어 업계에 새로운 이정표가 될 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
