화학뉴스

국내 연구진이 리튬-황 전지의 성능을 크게 높일 수 있는 소재 개발에 성공했다.
한국과학기술원(KAIST) 이진우 생명화학공학과 교수팀은 서로 다른 크기의 기공을 가진 다공성 2차원 무기질 나노코인 합성 기술을 개발했다.
나노코인은 동전과 같이 둥근 모양으로 두께가 약 3나노미터인 2차원 나노소재이다.
연구팀 합성 기술은 다공성 무기질 소재를 동전 형상으로 제어할 수 있고 각종 물성을 정밀 제어할 수 있는 새로운 원천기술이며 리튬-황 2차전지 분리막에 사용하면 리튬-황 전지의 성능 저하원인으로 지적되는 리튬폴리설파이드 용출을 억제해 성능을 높일 수 있다.
기존 다공성 2차원 무기질 소재는 소재 형상과 두께를 동시에 조절하는데 한계가 있으며 다공성 구조 형성에 추가 공정이 필요하다.
그러나 연구팀은 서로 섞이지 않는 단일중합체, 블록공중합체 계면에너지가 달라짐에 따라서 나노구조 배향과 입자 모양이 달라지는 원리를 이용했고 무기질 소재 내부에 함께 자기조립된 블록공중합체가 제거되면서 마이크로 기공이 형성되는 것을 확인했다.
연구팀의 방법은 별도 주형이 필요하지 않은 원팟 방법으로 복잡한 과정을 줄여 생산력을 증대시킬 수 있으며 다공성 2차원 알루미노실리케이트 나노코인을 차세대 전지인 리튬-황 2차전지 분리막에 코팅해 전지 성능을 높이는데에도 성공했다.
기존 리튬-황 2차전지는 황이 충방전 과정에서 새어나가는 문제가 있으나 다공성 2차원 알루미노실리케이트 나노코인은 분리막에 약 2마이크로미터로 얇게 코팅돼 용출되는 리튬폴리설파이드를 물리·화학적으로 억제함으로써 해결했다.
이진우 교수는 “고분자에서 일어나는 현상을 이용한 새로운 다공성 2차원 무기소재 합성기술로 기존 문제점을 해결했다”고 강조했다.
연구 결과는 미국화학회지 9월1일자 온라인판에 게재됐다. (강윤화 선임기자)