`리튬황전지` 수명·안전성 높였다

박호석 성균관대 교수 연구팀
'리튬황전지용 양극소재' 개발
전자기기·전기차 등에 적용

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차세대 이차전지로 각광받고 있는 리튬황전지의 수명과 안정성을 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 대용량 에너지를 필요로 하는 차세대 전자기기, 전기자동차, 스마트그리드 등에 적용할 수 있을 전망이다.

박호석 성균관대 교수 연구팀은 분무동결법을 이용해 황과 그래핀이 결합된 공 모양의 입자를 합성하고, 내부 기공구조를 정밀 제어하는 방식으로 '리튬황전지용 양극소재'를 개발했다고 1일 밝혔다.

리튬황전지는 현재 널리 쓰이는 리튬이온전지보다 에너지 저장능력이 5배 가량 높다. 전지의 양극재로 사용하는 황은 자원이 풍부하고 가격이 저렴해 전지의 원가를 절감할 수 있는 장점을 갖고 있다.

하지만 황은 전기전도성이 낮고, 전해액으로 녹아들면서 전지의 심각한 성능 저하와 수명 손실을 가져와 상용화에 어려움이 있다.

연구팀은 나노입자를 스프레이처럼 뿌리고 동결 건조시키는 '분무 동결법'을 고안해 황과 그래핀을 혼합한 마이크로 볼 입자를 합성한 후, 내부 기공구조를 정밀 제어하는 데 성공했다.

분무동결법을 이용하면 황을 그래핀에 고르게 분포시킬 수 있고, 입자 형태와 다공성 구조를 동시에 제어할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 다시 말해, 전기전도성이 낮은 황을 그래핀이 결합돼 보완해 주고, 황이 전해액으로 녹아드는 현상을 효과적으로 억제해 주는 것이다. 분무동결 합성법은 거의 모든 나노소재를 '마이크로 볼' 형태로 결합할 수 있으며, 입자 크기나 밀도, 개방형 다공성 구조까지 제어할 수 있다. 스프레이처럼 뿌리는 분무 방식이어서 대량 합성과 대면적화이 가능하고, 물을 용매로 사용해 친환경적이다.

박호석 교수는 "리튬황전지용 양극 소재는 높은 에너지 용량이 요구되는 차세대 전자기기, 전기차 등에 활용할 수 있다"고 말했다.

이 연구결과는 나노과학 분야의 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS 나노)' 지난달 14일자로 실렸으며, 과기부와 연구재단, 철도기술연구원의 지원을 받아 연구가 수행됐다.

대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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