[1일IT템] 리튬-황 배터리 수명을 늘렸다

DGIST 유종성 교수팀, 새 중간층 개발
리튬이온 배터리보다 에너지 용량 6배 커
700번 이상 사용 테스트에도 성능 유지

배터리. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 유종성 교수팀이 리튬이온 배터리보다 용량이 6배 큰 리튬-황 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다.

황으로 만든 양극과 분리막 사이에 중간층을 이산화규소에 황을 첨가해 내구성을 높였다. 이 배터리는 충전과 방전을 700회 이상 반복해도 성능이 떨어지지 않았다. 또한 양극 면적당 황 함유량을 더 많게 할 수 있어 배터리 용량이 더 커질 수 있었다.

리튬-황 배터리는 재료비용을 낮출 수 있으며, 향후 개발되면 전기차나 드론 같은 고에너지가 필요한 장치에 활용될 것으로 보인다.

유종성 교수는 "지금까지 시도하지 않았던 이산화규소(다공성 실리카)의 작은 구멍에 황을 담아 용량과 수명 향상을 위한 리튬-황 배터리용 중간층 소재로 이용 할 수 있음을 최초로 밝혀냈다"며, "차세대 고에너지, 장수명 리튬-황 배터리 개발에 대한 새 이정표를 제공 한 것"이라고 말했다.

리튬-황 배터리는 용량이 크지만 리튬과 반응하면서 전기를 만들어내는 활물질인 '황'의 전도율이 낮다. 또 배터리를 사용할때 만들어지는 다황화물이 배터리의 음극 쪽으로 확산되면서 황 활물질의 손실이 발생해 전지의 용량과 수명이 크게 악화된다는 단점이 있다.

이를 개선하기 위해 황 전극과 분리막 사이에 중간층을 적용해 봤지만 아직까지 두 문제를 모두 해결하는 중간층은 나오지 않았다.

연구진은 판상형 다공성 실리카에 황을 첨가해 새로운 중간층을 만들었다. 이를 적용한 배터리는 배터리 면적당 황을 많이 넣어 배터리 용량 키울 수 있으며, 다황화물이 음극으로 확산되지 않아 수명을 늘릴 수 있었다.

실리카-황을 중간층으로 만든 리튬-황 배터리를 실험한 결과, 700번 이상 충방전을 해도 용량이 줄어들지 않았다. 연구진은 "황을 첨가한 비율 대비 낮은 전해질 양에서도 우수한 배터리 특성을 보여줘 실용화에도 접근했다"고 설명했다.

이번 연구는 미국 아르곤 국립 연구소(ANL)의 아민 카릴 박사팀과 공동협력으로 진행됐으며, 연구결과는 세계적 학술지로 인정받는 네이쳐지 자매지인 '네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 8월 8일자 온라인판에 발표됐다.

[e-mail] 김만기 기자