KERI는 차세대전지연구센터 박준우 박사팀(KERI 박준우 박사· 홍정원 연구원, 부경대 백강준 교수)의 '저비용 플렉시블 고에너지밀도 리튬황배터리' 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다고 11일 밝혔다.
리튬황배터리는 리튬이온배터리처럼 니켈이나 코발트 등의 비싼 희토류를 양극재로 사용하지 않아 생산 비용이 저렴하다. 자원이 풍부한 황(S)을 양극재로 사용, 전지의 제조단가를 크게 낮출 수 있기 때문이다. 또한 이론적으로 리튬이온배터리보다 에너지 밀도가 무려 5배나 높아 차세대 배터리 대표주자로도 꼽힌다.
하지만 리튬황배터리에도 넘어야 할 과제가 있다. 충방전 과정에서 리튬과 황이 만나 생기는 황화리튬, 일명 '리튬 폴리설파이드'가 전해질에 쉽게 녹아 나와 양극재인 황이 줄어드는 단점이 있다. 이는 수명과 안전성 저하와 직결되어 리튬황배터리의 상용화를 막는 가장 큰 난제 중 하나였다.
KERI가 활용한 물질은 활성탄과 인(P)이다. 숯처럼 작은 기공(氣孔)을 가진 활성탄은 흡착성이 강해 각종 필터나 탈색제로 사용되는데, 연구팀은 이러한 활성탄을 배터리 내부의 분리막 코팅 소재로 이용, 충·방전 시 발생하는 리튬 폴리설파이드를 물리적으로 잡아냈다.
연구팀은 리튬황배터리의 플렉시블(flexible) 기능을 강화해 활용도를 높이는 데도 성공했다. 황 양극(+)에 전기 전도성이 높으면서도 강도가 세고 유연한 탄소나노튜브(CNT) 소재를 사용하여 무게 비중을 많이 차지하는 집전체를 제거(에너지 밀도 향상)하고, 굽히거나 휘어질 수 있는 내구성까지 확보했다.
이러한 과정들을 기반으로 KERI는 "이번에 개발한 리튬황배터리의 에너지 밀도가 400Wh/kg으로 세계최고 수준"이라고 소개했다.
KERI는 기존 리튬황배터리가 가진 경량·저비용 장점에 높은 에너지 밀도 및 성능 안정성(수명성), 플렉시블(내구성) 강점까지 결합시켜 리튬황배터리의 상용화까지 기대할 수 있을 것으로 보고 있다. 가볍게 장시간 운행이 필요한 항공우주, 플라잉카, 드론 등 미래형 항공 모빌리티의 배터리 분야에도 크게 활용될 것이란 전망이다.
KPI뉴스 / 김혜란 기자 khr@kpinews.kr
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