12분만에 완충되면서 1000번 이상 재충전할 수 있는 차세대 '리튬-황 전지'를 국내 연구진이 개발했다.
대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 유종성 교수팀은 '리튬-황 전지'의 느린 충전속도 문제를 해결하기 위해 질소를 첨가한 새로운 다공성 탄소 소재를 활용하는 신기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
리튬-황 전지는 대표적인 이차전지인 리튬이온 전지보다 저장용량이 높고 가격은 저렴해 차세대 배터리로 주목받고 있다. 그러나 급속충전시 황의 활용도가 떨어지면서 전지 용량이 줄어드는 문제가 있어 상용화가 어려웠다. 또 방전 과정에서 황이 분해되며 생기는 '리튬 폴리설파이드'(황화리튬)가 전지 내부를 떠돌며 성능을 저하시킨다는 문제도 있다.
이에 연구팀은 질소를 포함한 고흑연성·다중다공성 탄소 구조체를 새롭게 합성하고 이를 리튬-황 전지의 양극에 적용했다. 이 탄소 구조체는 구조적으로 더 안정적이고 견고하며, 기존보다 다양한 세공 구조를 형성해 더 많은 황을 담아내고, 황과 전해질의 접촉을 원활하게 만든다.
이번 연구로 개발된 리튬-황 전지는 단 12분만에 완전충전이 가능함과 동시에 이같은 급속충전 환경에서도 705mAh g⁻¹의 높은 용량을 기록했으며, 기존보다 1.6배 더 향상된 성능을 보였다. 또 질소가 탄소 표면에 도핑되어 리튬 폴리설파이드의 이동을 억제해 1000회 이상의 충·방전 후에도 82%의 용량을 유지하는 등 뛰어난 안정성을 보였다.
유종성 교수는 "이번 연구는 간단한 합성법으로 리튬-황 전지의 충전 속도를 개선하는 데 초점을 맞췄다"며 "이 연구를 기반으로 리튬-황 전지의 상용화가 앞당겨지기를 기대한다"고 밝혔다.
한국연구재단의 중견연구자 지원을 받아 미국 아르곤 국립연구소와 공동으로 진행한 이번 연구결과는 국제학술지 ACS Nano에 게재됐다.
Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.
