리튬-산소 배터리 상용화 가능성이 높아지고 있다.
변혜령 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수 연구팀과 EEWS 정유성 교수 연구팀이 높은 충전 속도에서도 약 80%의 전지 효율 성능을 유지하는 리튬-산소 전지를 개발했다.
리튬-산소 전지는 LiB(Lithium-ion Battery)보다 에너지 밀도가 3-5배 높아 1회 충전으로 장시간 사용이 가능해야 하는 전기자동차(EV) 및 드론 등에 적합한 차세대 전지로 주목받고 있다.
하지만, 방전 과정에서 생성되는 리튬과산화물이 충전 시 쉽게 분해되지 않아 과전위가 상승하고 전지의 사이클 성능이 낮은 점이 단점으로 지적됐다.
연구팀은 리튬과산화물의 낮은 이온 전도성과 전기 전도성을 개선함으로써 리튬-산소 전지의 성능을 높이기 위해 메조 다공성 탄소물질인 CMK-3를 전극으로 사용해 일차원 나노구조체를 보유한 비결정질 리튬과산화물을 생성하는데 성공했다.
전극을 따라 생성되는 비결정질의 리튬과산화물은 충전 시 빠르게 분해돼 과전위의 상승을 막고 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
기존의 결정성을 보유한 벌크 리튬과산화물과 달리 높은 전도성을 나타내기 때문으로, 실험 결과는 촉매나 첨가제의 사용 없이도 리튬과산화물의 크기 및 구조를 제어해 리튬-산소 전지의 근본적 문제를 해결할 수 있는 방법을 제시했다는 평가를 받고 있다.
변혜령 교수는 “리튬과산화물의 형상, 구조 및 크기를 제어해 전기화학 특성을 변화시킬 수 있음을 증명함으로써 리튬-산소 전지 뿐만 아니라 다른 차세대 전지의 공통된 난제를 해결할 수 있는 실마리를 찾았다”고 강조했다.
이론 해석을 제공한 정유성 교수는 “연구결과로 기존에 절연체로 여겨진 리튬과산화물이 빠르게 분해될 수 있는 반응 원리를 이해할 수 있었다”고 덧붙였다. <강윤화 기자>