포스텍, 500회 충전해도 초기 성능 유지하는 리튬-황 이차전지 개발

이진우 포스텍 교수

포스텍(총장 김도연)은 이진우 화학공학과 교수팀과 통합과정 임원광 씨, 한정우 교수팀이 메조 다공성 탄소 마이크로스피어를 통해 황을 안전하게 제어, 리튬이온전지보다 효율이 6배 높으면서도 가격은 저렴한 리튬-황 이차전지를 개발했다고 28일 밝혔다.

Fe-N-C 물질과의 강한 작용력 및 촉매 효과를 통해 리튬-황 이차전지 고성능화를 달성한 개념도.

연구팀은 기공 부피가 크고 균일한 메조 다공성 탄소 마이크로스피어 합성으로 황을 안전하게 담아 충전과 방전을 계속해도 황이 빠져나가지 않도록 했다. 기공 부피 공간이 커서 황을 많이 담을 수도 있어서 전지 수명과 효율을 함께 높일 수 있다.

연구팀은 탄소 표면에 'Fe-N-C(철-질소-탄소)'를 균일하게 분포했는데 이 물질이 촉매점이 돼 황의 산화에 영향을 미쳐 전기화학적 반응을 빠르게 해 효율을 한 번 더 높일 수 있었다.

특히 'Fe-N-C' 촉매는 가격이 저렴하고 소량(0.33%)만 써도 고밀도 전극(5.2 mg/cm²)을 구현할 수 있다. 단 5분 동안 빠르게 충전과 방전해도 최대 500번 까지 초기 용량(384mAh/g)의 84%를 유지할 수 있어 반복해서 오래 사용할 수 있다.

이진우 교수는 “신재생 에너지 전력의 안정적인 공급과 전기 자동차의 효율적인 구동을 위해 고용량 리튬-황 이차전지 양극 소재 개발은 반드시 이뤄져야 한다”면서 “안정적 수명을 지닌 양극 소재 개발의 독보적인 기술을 확보했다”고 말했다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com

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