꿈의 배터리 기술 한발짝 더..KAIST 김희탁 연구팀 효율성 높인 리튬-황 전지 개발

김진욱 기자 승인 2020.06.25 16:23 | 최종 수정 2020.06.25 16:26 의견 0
Advanced Energy Materials지 표지

[디지털머니=김진욱 기자] 리튬과 황을 이용한 차세대 배터리 기술 상용화에 한 발짝 더 다가섰다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김희탁 교수팀이 기존 대비 전해액 함량을 4배 이상 줄인 리튬-황 전지를 개발했다고 25일 밝혔다. 해당 연구 결과는 지난 2일자 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced energy materials)’  표지 논문으로 실렸다.

리튬-황 전지는 휴대용 전자기기와 전기자동차에 사용되는 리튬이온전지에 비해 에너지 밀도가 2~3배 높아서 이를 사용하면 전기동력 기체 무게를 크게 줄일 수 있다. 이 때문에 리튬-황 전지 연구개발은 전 세계적으로 활발하게 이뤄지고 있다. 김 교수팀의 연구 성과가 주목받는 이유다.

생명화학공학과 김희탁(왼쪽부터) 교수와 연구를 진행한 정진관 박사과정

리튬-황 전지는 가벼운 황과 리튬금속을 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하는 물질로 이용한다. 이 과정에서 중금속 기반 리튬이온전지에 비해 가볍게 설계할 수 있다. 특히 지구에 풍부하게 존재하는 황을 활용해 전지 가격도 낮출 수 있다는 장점이 있다.

리튬-황 전지는 리튬이온전지와 다량의 전해질이 필요하다. 기존 기술로는 전지 무게의 40%에 달하는 전해질이 필요해 리튬-황 전지 밀도를 높이는 데 어려움이 있었다. 전해액 양이 넉넉하지 않으면 배터리 용량 및 출력이 저하되는 문제가 발생했다.

기존전해액과 개발전해액의 리튬 용매화 껍질 구조 차이

김희탁 교수팀의 연구가 바로 이러한 점을 해결했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 리튬 나이트레이트 염과 같이 높은 전자공여(다른 화합물에 전자를 주는 성질) 능력이 있는 염을 전해질에 주입해 문제를 해결했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 전해액 성분 중 리튬 염 물질 하나만을 교체하는 간단한 방법으로 에너지 밀도를 높였다. 이를 통해 고가 전해액 사용량을 4배 이상 줄여 가격을 대폭 절감하는 성과를 거뒀다.

김희탁 교수는 "이번 연구는 황 양극과 리튬금속 음극의 성능을 동시에 높일 수 있는 전해액 설계원리를 제시했다는 점에서 의미가 크다ˮ면서 "차세대 전지 전해액 설계 산업 전반에 걸쳐 넓게 응용되기를 기대한다ˮ고 말했다.

<저작권자> 디지털 세상을 읽는 미디어 ⓒ디지털머니 | 재배포할 때에는 출처를 표기해 주세요.