고려대, 차세대 고성능 리튬·황 이차전지 개발

매일일보 = 김수현 기자  |  고려대는 본교 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀이 소량의 셀레늄을 리튬·황 전지의 촉매로 활용하여 고성능 이차전지를 개발했다고 10일 밝혔다.

이번 연구는 국제적인 학술지 ‘Nature Communications’에 지난 3일 자로 온라인 게재됐다.

리튬·황 전지는 기존 리튬 이온 전지보다 높은 에너지 효율을 보여 차세대 전지로 떠오르고 있다. 또 양극재로 사용되는 황은 가격이 저렴하고 가벼워 드론과 같은 무인기 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 그러나 황의 낮은 전도성은 고율 속 충‧방전 과정에서 급격한 용량 저하를 보이는 단점이 있다.

이 때문에 황보다 우수한 전도성을 가진 셀레늄 원소를 이차전지에 활용하는 추세지만, 이 경우 황을 사용했을 때보다 전지의 용량이 낮고, 충·방전 과정 중에서 충전 속도가 지속적으로 낮아진다.

연구팀은 이런 단점을 보완하기 위해 황보다 전도성과 안전성이 높은 셀레늄 설파이드(SeS2)를 활용했다. 특히 엑스선(X-ray)으로 셀레늄 설파이드의 양극 표면을 분석해, 셀레늄 위로 황 결정이 달라붙어 촉매반응이 일어남을 확인했다.

이를 바탕으로 소량의 셀레늄을 리튬·황 전지에 삽입해 작은 크기의 황 결정을 고르고 균일하게 성장하도록 유도해, 높은 율속에도 충·방전 사이클이 안정적인 고성능 리튬·황 전지를 개발했다.

유 교수는 “리튬 황 전지 상용화를 위해 높은 율속에서도 안정적으로 충전 용량을 확보할 수 있는 양극재 개발이 시급하다”고 말하며 “이번 연구에서 셀레늄 설파이드의 가능성을 확인했다. 다양한 칼코겐 원소를 차세대 전지의 양극 물질로 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말혔다.