화학뉴스

국내 연구진이 리튬-황 전지의 수명과 안전성을 높이는 기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 이상영 교수팀이 프린팅 공정을 이용해 안전성 높은 다형상 전고체 리튬-황 전지를 개발했다고 11월11일 밝혔다.
리튬-황 전지는 리튬을 음극재로, 황을 양극재로 사용해 LiB(리튬이온전지)에 비해 에너지 밀도가 약 5배 이상 높아 차세대 전지로 주목받고 있다.
하지만, 충전과 방전 과정에서 생성되는 황화합물(Polysulfide)이 음극으로 이동해 음극 표면에 얇은 막을 만들면서 전기 흐름을 담당하는 리튬 이온의 움직임을 가로막아 성능을 저하시키는 단점이 있었다.
연구팀은 2개의 층으로 이뤄진 젤(Gel) 상태 전해질인 이중층 고분자 전해질로 리튬-황 전지의 성능 저하 문제를 해결했다.
음극에 황화합물이 음극으로 이동하는 것을 억제하는 전해질을, 양극에는 황의 산화와 환원 반응이 잘 일어나는 전해질을 배치했다.
두 전해질은 열역학적으로 안정해 서로 섞이지 않는다.
이중층 고분자 전해질로 완성한 리튬-황 전지는 액체 전해질 리튬-황 전지에 비해 수명 주기가 2배 이상 늘어났고 고체 전해질이지만 부드럽게 구부러지는 젤 형태를 썼기 때문에 전지의 기계적·화학적 안정성도 높아진 것으로 확인됐다.
또 다양한 방식으로 접고 펴기를 반복해도 정상적으로 작동했으며 LED(Light Emitting Diode) 램프와 연결된 전지를 가위로 잘라도 램프에 불이 유지될 정도로 안전성도 높았다.
전지에 불을 붙이는 실험에서도 불이 붙거나 폭발하지 않고 문제 없이 작동했다. 인화성 액체 전해질 대신 고체 전해질을 쓴 영향으로 파악되고 있다.
해당 전지는 글자나 그림을 사물에 인쇄하는 프린팅 공정을 통해 쉽게 제조할 수 있으며 사각형 뿐만 아니라 다양한 모양으로 제조가 가능하다.
이상영 교수는 “가위로 자르거나 불을 붙인 상황에서도 정상 작동하는 매우 안전한 바이폴라(Biopolar) 구조를 구현해 고전압 특성을 확보했다”며 “프린팅 공정을 이용해 다양한 모양을 갖는 전고체전지를 쉽게 제조할 수 있어 리튬-황 전지의 실용성을 높이는 크게 높일 것”이라고 강조했다. (K)