'리튬이온의 5배 용량' 리튬황 전지 내구성 잡았다

GIST 이재영 교수팀, 전지 양극에 코발트 옥살레이트 적용
장시간 작동하고 일주일동안 놔둬도 자가방전 현상 없어

광주과학기술원 지구·환경공학부 이재영 교수팀이 리튬이온 전지보다 5배 이상의 고용량을 가지는 리튬황 전지의 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다. 이번 연구결과가 세계적인 학술지 '켐서스켐(ChemSusChem)'에 19일자 표지논문으로 게재됐다. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST)은 지구·환경공학부 이재영 교수팀이 리튬이온 전지보다 5배 이상의 고용량을 가지는 리튬황 전지의 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이재영 교수는 "전기화학 촉매 반응을 통해 저렴한 비용으로 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 리튬황 전지의 용량 개선과 내구성을 확보했다"고 말했다.

리튬황 전지는 리튬이온 전지를 대체할 차세대 전지 중 가장 상용화에 가깝게 다가선 전지다. 단위 무게의 에너지 밀도가 최대 2100Wh/㎏에 달해 리튬이온전지 대비 5.4배의 초고용량 차세대 전지다.

하지만 리튬황 전지는 황이 전기 전도율이 낮고, 충방전 과정에서 나오는 리튬폴리설파이드가 전해질을 오염시키고 음극 자가방전으로 성능이 감소돼 수명이 짧았다.

연구진은 리튬황 전지 양극 표면에 코발트 옥살레이트를 처음으로 전기화학 촉매로 도입했다.

코발트옥살레이트를 매우 간단한 화학적 침전법을 이용해 그램 단위의 생산이 가능하도록 합성했다. 이후 합성한 코발트옥살레이트를 리튬황 전지의 양극에 적용했다.

코발트 옥살레이트를 적용한 양극은 생성되는 리튬폴리설파이드를 촉매와 양극 표면에 흡착해 리튬폴리설파이드가 셀 내부를 돌아다니며 발생시키는 자가 방전을 최소화했다. 또한, 기존 리튬황 전지 대비 약 1.5배 수준으로 일주일가량 전지를 놔둬도 자가 방전에 의한 성능 저하 현상이 없었다.

광주과학기술원 지구·환경공학부 이재영 교수팀이 리튬이온 전지보다 5배 이상의 고용량을 가지는 리튬황 전지의 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다. 리튬황배터리의 반응과 이를 통한 응용 제품(무인 운송기 및 중장비 등). GIST 제공

이 교수는 "후속 연구를 통해 리튬황 전지의 내구성을 점차 개선해 차세대 에너지 저장 기술 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 녹색기술 및 지속가능에너지 분야의 세계적인 학술지인 '켐서스켐(ChemSusChem)'에 19일자 표지논문으로 게재됐다.

한편, 리튬황 전지는 기존 리튬이온 전지 보다 이론적으로 5배 높은 에너지 밀도를 갖고 있을 뿐 아니라, 경제적이고 친환경 소재여서 리튬이온 전지를 대체할 차세대 전지로 주목받고 있다.

전기차와 같은 중대형 에너지 저장장치 뿐 아니라 휴대용 전자기기 및 초경량·초소형 특수장비에도 활용이 가능해 세계 각국에서 개발을 위한 경쟁이 치열하다.

[e-mail] 김만기 기자