고려대 문준혁 교수 연구팀, 차세대 리튬-황 배터리 개발 황 활용을 극대화할 수 있는 양극재 제시
▲ 참여연구진: (왼쪽부터) 문준혁 교수(교신저자), 염세기, 조현희, 이해리
고려대학교(총장 김동원)가 차세대 이차전지로 주목받는 리튬-황 배터리의 에너지 밀도를 대폭 향상하는 기술을 개발했다. 리튬-황 전지는 기존 리튬-이온 전지에 비해 2-3배 높은 에너지 밀도의 구현이 가능하며, 양극 재료로 사용되는 황의 풍부함과 낮은 가격 덕분에 주목받고 있다.
리튬-황 배터리는 충전과 방전 중에 황과 리튬 설파이드라는 물질 사이에 전환이 일어나며 작동한다. 하지만 방전 시 생성되는 리튬 설파이드가 탄소 표면을 덮어 전기가 흐르지 못하게 된다. 이에 따라 전선이 절연체로 덮여 전기가 통하지 않는 것처럼 배터리의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
▲연구팀이 개발한 리튬-황 전지 양극재 기술 고려대 화공생명공학과(겸 스마트모빌리티학부) 문준혁 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 계면에너지를 제어하는 방법으로 산화물(Nb2O5)을 양극에 포함하여, 탄소 표면에 최소한의 접촉으로 황화리튬이 형성되도록 했다. 연구팀이 개발한 양극을 적용한 리튬-황 전지는 90% 이상의 황 활용도를 달성했으며, 약 10mAh/cm2의 양극 용량 (리튬 이온 전지 대비 2배)을 달성했다.
교신저자인 문준혁 교수는 “양극 메커니즘을 기반으로 간단히 문제를 해결할 방법을 제시한 것으로, 리튬-황 전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다”라고 전했다.
본 연구는 지난 7월 18일(목) 에너지 재료 분야 세계적 권위 학술지 ‘Energy Storage Materials (IF:20.4)’에 게재됐으며, 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다. * 논문명 : Lithiating Cathodes for Li-S Batteries: Regulating Li2S Electrodeposition to Enhance Sulfur Utilization
* 논문 DOI 링크 : https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103644
* 문준혁 교수 홈페이지 : http://moonlab.korea.ac.kr
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