[디지털데일리 김도현 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 포항공대(POSTECH) 한정우 교수 연구팀, LG에너지솔루션 차세대전지연구센터와 공동연구를 통해 기존 대비 에너지 밀도와 수명 안정성을 대폭 늘린 리튬황 전지를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

리튬황 전지는 리튬이온배터리 대비 2~3배 정도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있을 것으로 기대된다. 차세대 2차전지 후보군 중 많은 관심을 받고 있다.

높은 에너지 밀도를 지닌 리튬황 전지를 구현하기 위해서는 내부에 들어가는 무거운 전해액 사용량을 줄이면서도 높은 용량과 구동 전압을 확보하는 것이 필수적이다. 다만 배터리의 전해액 양이 줄어들면 양극에서 발생하는 리튬 폴리 설파이드 용해 현상에 의한 전해액 오염정도가 극심해진다. 이에 리튬 이온 전도도가 낮아지고 전기화학 전환 반응 활성이 떨어져 높은 용량과 구동 전압을 구현하는 것이 제한된다.

전 세계 연구진이 리튬 폴리 설파이드의 지속적인 용해 현상 및 전환 반응 활성을 개선하기 위해서 다양한 기능성 소재들을 개발해왔으나 현재까지는 리튬황 파우치 셀 수준에서의 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보하는 데 어려움을 겪고 있다..

이 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 리튬 폴리 설파이드 용해 현상과 전기화학 전환 반응성을 대폭 향상할 수 있는 철(Fe) 원자 기반 기능성 양극 소재 개발에 성공했다. 이를 양극에 도입함으로써 리튬 폴리 설파이드 용해 현상을 효율적으로 억제할 수 있는 효과뿐만 아니라 리튬 폴리 설파이드가 불용성 리튬 설파이드로 전환될 수 있는 반응성도 개선할 수 있었다. 철은 가격이 저렴한 소재인 만큼 향후 리튬황 전지 산업 분야에서 활용될 가능성도 열려있다.

이 교수는 "우수한 리튬황 전지 양극 기능성 소재를 개발하면서 전자 교환 현상 유도를 통한 전자구조 제어 기술이 전도유망할 수 있음을 보여줬다ˮ고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 중견 연구와 LG에너지솔루션 지원을 받아 수행됐다. 이 교수 연구팀은 다년간 LG에너지솔루션과 공동연구를 수행해오면서 산학 협업을 통해 리튬 폴리 설파이드 용해 현상 억제 및 전기화학 전환 반응성 개선 등을 위한 핵심 아이디어를 도출하고 있다.