한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사팀이 리튬황전지 상용화를 막던 난제를 극복하고 대면적·고용량 시제품까지 만드는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

리튬황전지는 가볍고 오래 가는 이차전지의 대표 주자로 도심형 항공모빌리티(UAM) 시대를 이끌어 갈 핵심 기술 분야로 손꼽힌다.

하지만 리튬황전지는 충·방전에 있어 리튬폴리설파이드라는 중간물질이 생성되는데 이 물질이 양극과 음극 사이를 이동하며 불필요한 화학 반응을 일으켜 전지의 수명과 성능을 저하시켜 상용화를 막는 가장 큰 원인이었다.

이에 박준우 박사팀은 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)와 산소 작용기를 결합한 신기술을 제시했다.

SWCNT는 강철보다도 센 강도에 구리와 버금가는 전기 전도성을 지닌 미래 신소재이며 산소 작용기는 SWCNT가 전지 내부의 다른 물질에 잘 분산될 수 있게 해준다.

산소 작용기가 결합된 SWCNT는 충·방전 과정에서 팽창할 수 있는 전극을 안정적으로 감싸고 리튬폴리설파이드의 용출과 확산을 효과적으로 제어해 황의 손실을 크게 줄였다.

또 높은 유연성의 SWCNT와 친수성(친용매성)을 지닌 산소 작용기는 전극 제작에 있어 균일하고 매끄러운 표면을 구현해 대면적·고용량 전지 설계도 가능하게 만든다.

이를 통해 연구진은 50x60㎜ 크기의 유연한 후막 전극을 만들 수 있었고 이를 적층해 1000mAh급 파우치형 리튬황전지 시제품 제작에 성공했다.

시제품은 100회 충·방전을 거쳐도 용량이 85% 이상 유지되는 높은 성능을 보유하고 있다.

박준우 박사는 "우리의 기술은 SWCNT와 산소 작용기와의 결합을 통해 리튬황전지의 가장 큰 난제를 극복한 것은 물론 대면적·고용량 유연 전극 설계와 시제품 제작까지 달성한 종합적인 결과물"이라며 " 차세대 리튬황전지의 실질적인 상용화 가능성을 연 큰 성과"라고 말했다.