화학뉴스

LiS(리튬황전지)가 포스트 LiB(리튬이온전지)로 부상하고 있다.
LiS는 이론상 양극용량이 g당 1675mAh로 LiB보다 10배 우수하며 LiB처럼 희소금속을 사용하지 않기 때문에 공급 리스크와 가격 변동 우려가 적은 장점이 있다.
또 LiB보다 중량을 절반 정도 줄일 수 있어 모빌리티, 특히 항공기 경량화 니즈를 타고 수요가 증가할 것으로 기대되고 있다.
LiS는 사이클 수명이 LiB보다 짧기 때문에 장기간 사용하는 자동차보다는 100회 비행하면 사용을 마치는 드론(무인항공기) 등에 이용할 가능성이 더 높은 것으로 평가된다.
GS유아사(GS Yuasa)가 전동항공기용 LiS를 개발하고, GS얼라이언스(GS Alliance)는 LiS로 항공기 관련 특수 용도를 개척하며 공장 안전관리용 드론 채용실적을 확보한 것으로 알려졌다.
스미토모고무(Sumitomo Rubber)와 아데카(ADEKA), 일본 산업기술종합연구소 등은 황계 배터리 사업 창출 연구회를 설립하고 LiS 상용화에 속도를 내고 있다.
스미토모고무는 타이어 생산에 필수적인 황 관련 노하우를 갖추어 LiS용 황계 양극활물질 기술 개발을 추진했으며, 아데카는 황계 배터리 전극의 주요 소재인 메탈프리 황계 양극활물질 SPAN을 개발해 약 100kg 이상 합성에 성공한 바 있어 양사 모두 황계 배터리 사업 창출 연구회를 통해 소재 개발을 가속화할 예정이다.
그러나 LiS는 충‧방전 시 형성되는 다황화리튬이 전해액에 용출되는 문제와 음극재에 사용하는 금속 리튬은 충‧방전을 반복할 때 음극에서 불순물 덴드라이트가 석출되면서 배터리 쇼트와 발화를 일으킬 우려가 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.
최근에는 덴드라이트를 없애기 위해 분리막을 활용하는 방안이 주목받고 있다.
배터리 개발기업 3DOM Alliance는 PI(Polyimide)를 주요 소재로 동그란 구멍이 규칙적으로 배열된 구조의 분리막을 개발해 덴드라이트 생성을 억제한 것으로 알려졌다.
기존 LiB 뿐만 아니라 LiS에도 적용 가능할 것으로 기대하고 차세대 배터리용 제안에 박차를 가하고 있다.
LiB 분리막을 생산하는 도레이(Toray)는 이온전도도가 기존제품 대비 10배 우수한 차세대 배터리용 이온전도 폴리머막을 개발했다.
높은 이온전도도를 가지면서 무공인 폴리머로, 금속 리튬 음극 보호막으로 사용이 가능하며 액계 금속 리튬 음극 전지에 적용한 결과 100회 충‧발전 사이클을 확인했고 LiS의 사양이 아직 정해지지 않았기 때문에 배터리 생산기업의 설계에 따라 LiS에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. (강)