문준혁 교수 연구팀, 고에너지밀도 리튬-황 전지 개발
- 기존 리튬-이온 전지 대비 3배 용량 달성 - 국제 에너지 분야 학술지(Energy&Environmental Science) 표지 논문으로 선정
리튬-황 전지용 고성능 후막 전극으로서 야누스 구조 필름의 개념도. 야누스 구조에서 리튬 이온의 전극내 균일한 확산과 안정적 충·방전 반응이 진행된다.(저널의 front cover)
고려대(총장 김동원)는 문준혁 화공생명공학과 교수팀이 에너지 밀도를 대폭 향상하는 야누스 구조의 리튬-황 전지를 개발했다고 4일 전했다.
본 연구 결과는 에너지 분야에서 국제적으로 저명한 학술지인 'Energy&Environmental Science'에 지난달 26일 게재됐다. 해당 논문은 앞표지 논문으로 선정돼 출판 예정이다.
리튬-황 전지는 기존 리튬-이온 전지에 비해 생산 단가가 낮으면서도 이론적으로 약 5배 높은 용량을 구현할 수 있는 잠재력을 지니며, 양극에 황/탄소 복합 필름을 사용한다. 그러나 고에너지 밀도를 달성하기 위해 필요한 두꺼운 양극에서는 황의 불균일한 충방전 반응이 발생해 이론적 에너지 밀도를 완전히 활용하지 못하는 문제가 있다. 이에 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 '야누스' 구조의 양극을 새롭게 제시했다. '야누스' 양극은 로마 신화에서 앞뒤 두 얼굴을 가진 야누스 신의 이름을 딴 것으로, 리튬 이온의 확산을 촉진하는 층과 황의 충방전 반응을 촉진하는 층이 접합된 형태로 구성된다. 이 독특한 구조는 두꺼운 필름에서도 리튬 이온이 고르게 확산될 수 있도록 하며, 필름 전체에서 충방전 속도를 균일하게 유지하여 양극의 이론 용량을 극대화할 수 있었다. 야누스 구조 양극을 적용한 리튬-황 전지는 최대 12 mAh/cm²의 양극 용량을 달성하는 데 성공했으며, 이는 기존 리튬-이온 전지 대비 약 3배에 해당하는 높은 수준이다. 교신저자인 문준혁 교수는 “이번 연구는 고에너지 밀도 리튬-황 전지에서 양극의 한계를 극복할 수 있는 이질적 양극 구조를 제시했다는 데 큰 의의가 있다”며 “이 기술이 리튬-황 전지의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 전했다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업 및 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었다. * 논문명 : Janus Architecture Host Electrode for Mitigating Lithium-Ion Polarization in High-Energy-Density Li-S Full Cells * 논문 DOI 링크 : https://doi.org/10.1039/D4EE02297A * 문준혁 교수 연구실 홈페이지 : http://moonlab.korea.ac.kr * 문준혁 교수 연구실 X 주소: https://x.com/MoonLab_KoreaU/status/1841465899523654001?s=46
[논문 게재 관련 기사 링크]
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