리튬이온보다 용량 4배 향상

기존 전해액과 새로 개발한 전해액의 차이.
기존 전해액과 새로 개발한 전해액의 차이.

국내 연구진이 차세대 배터리 방식인 리튬황 배터리 개발에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수팀이 리튬황 배터리의 에너지 밀도를 높이는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

리튬황 배터리는 전기자동차 등에 많이 쓰는 기존 리튬이온 배터리보다 이론상 용량이 4배 이상 높아 장시간 이용할 수 있어 차세대 배터리로 각광받고 있다.

하지만 전해액(이온 전도성을 갖는 액체) 함량이 너무 많아 에너지 밀도를 높이는 데 한계가 있다.

리튬황 배터리 내에 황이 방전되고 난 뒤 남은 '리튬 폴리 설파이드'(Lithium poly sulfide)라는 물질이 빠른 충방전을 가능하게 한다. 전해액을 너무 많이 줄이면 리튬 폴리 설파이드의 용해량이 감소해 용량과 출력이 떨어지고, 음극 소재인 리튬 금속이 전해액을 분해하는 현상도 심해진다.

연구팀은 전자 공여(다른 화합물에 전자를 전달하는 성질) 능력이 우수한 '리튬 나이트레이트 염'을 전해액에 주입하면 리튬 폴리 설파이드의 용해도를 높이고, 동시에 리튬 금속의 전해질 분해 현상도 억제할 수 있음을 확인했다.

이를 통해 고가의 전해액 사용량을 4분의 1 수준으로 줄일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김희탁 교수는 "황 양극과 리튬금속 음극의 성능을 동시에 높일 수 있는 전해액 설계 원리를 제시했다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced energy materials) 지난 2일 자에 실렸다.

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