김도경 KAIST 교수팀, 수명 긴 리튬황 이차전지 개발

김도경 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 수명이 긴 리튬황 이차전지를 개발했다.
 
한국과학기술원(KAIST)은 김도경(54) 신소재공학과 교수가 EEWS(에너지 고갈, 환경오염, 물부족 및 지속성장) 사업단 최장욱(39) 교수와 공동으로 현재 상용화중인 리튬이온 배터리의 수명 및 에너지 밀도를 크게 뛰어넘는 리튬황 전지를 개발했다고 3일 밝혔다.
 
연구결과는 나노소재 분야 권위 있는 학술지 어드밴스드 머티리얼즈 3일자 표지논문으로 실렸다.
 
개발한 리튬황 전지는 단위 무게당 에너지 밀도가 최대 2100Wh/kg로 최대 387Wh/kg인 상용화 리튬이온전지의 5.4배에 달하고 리튬황 전지가 갖는 충·방전에 따른 급격한 용량감소 문제를 해결해 수백번 충·방전이 가능한 것이 특징이다.
 
연구팀은 나노 전극 재료합성기술을 활용해 두께 75nm 길이 15㎛의 황 나노와이어를 수직으로 정렬해 전극 재료를 제작했다.
 
제작된 황 나노와이어 정렬 구조는 1차원 구조체로 빠른 전자의 이동이 가능해 전극의 전도도를 극대화시킬 수 있었다.
 
황 나노와이어 표면에는 균일하게 탄소를 코팅해 황과 전해액의 접촉을 막아 충·방전 중 황이 녹아나는 것을 방지하고 리튬황 전지가 갖는 수명저하 문제를 해결했다.
 
기존의 리튬황 전지용 전극은 초기 높은 용량에도 불구하고 충·방전을 반복함에 따라 용량감소를 보였다.
 
개발한 전극은 빠른 방전속도에서 300회의 충·방전 후에도 초기 용량의 99.2%를 유지했고 1000회의 충·방전 후에도 70%이상 용량을 나타냈다.
 
이는 이차전지에서 중요한 특성인 수명, 에너지 밀도 등에서 기존에 비해 성능이 우수한 세계 최고 수준으로 평가받고 있다.
 
김도경 교수는 “개발된 리튬황 전지는 무인기, 전기자동차 및 재생에너지 저장장치 등에 필요한 차세대 고성능 이차전지의 실현을 앞당길 수 있는 기술”이라며 “대표적인 차세대 이차전지인 리튬황 전지의 오랜 난제인 수명저하의 해결방안을 찾아 세계 최고 수준의 성능을 구현해 내 이 분야에서 우리나라가 기술 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.