지스트 이재영 연구팀, 비타민C 활용 전기車 리튬황 배터리 개발

지스트 이재영 교수팀이 최근 비타민-C로 처리된 황(S8) 나노입자를 활용해 전기자동차에 사용될 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬황 배터리의 성능을 향상시키는 데 성공했다.   [사진=지스트 제공]

아주경제 김태성 기자 =국내 연구진이 비타민-C로 처리된 황(S8) 나노입자를 활용해 전기자동차에 사용될 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬황 배터리의 성능을 향상시키는 데 성공했다.

이번 성과는 전기자동차용 리튬황 배터리의 상용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대된다.

리튬황 배터리는 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 선정한 '2014 미래유망기술 10선' 중 하나로 리튬이온전지(최대 387 Wh/kg)의 5.4배에 이르는 고용량 차세대 배터리다.

14일 지스트(GIST․광주과학기술원․총장 문승현)에 따르면 환경공학부 이재영 교수(교신저자·에틀(Ertl) 촉매 연구센터)가 주도하고 김진원 박사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구가 화학‧에너지 분야의 세계적인 학술지인 ChemSusChem 4월 29일자 온라인판에 게재됐다.

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친환경 이동수단인 전기자동차의 주 동력원으로 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 용량이 작은데다 고출력을 위해 필요한 부피 면적이 크고 무게가 무거워 성능 개선에 어려움을 겪고 있다.

최근 리튬이온 배터리를 대체할 동력원으로 가볍고 경제적이며 용량이 큰 리튬황 배터리가 주목받고 있지만, 황의 비전도성과 전기화학적 충‧방전 시 중간산물인 폴리설파이드의 용출 로 인한 충‧방전 사이클 성능의 급격한 저하 문제는 아직까지 극복 과제로 남아 있다.

연구팀은 친환경적이고 경제적인 비타민-C를 녹색합성공정에 도입해 황 나노입자-그래핀 복합체를 합성하고, 그래핀 산화물의 환원 정도를 조절해 이중층(dual-layered) 양극 구조를 구현한 리튬황 배터리를 개발했다.

연구팀은 폴리설파이드의 용출을 화학적‧물리적으로 억제해 리튬 음극과 전해질을 오염시키지 않을 수 있었고, 황 이용률 극대화를 통해 리튬황 배터리의 사이클 성능(충방전 반복에 따른 용량 감소 문제)을 기존보다 20% 향상시킬 수 있다고 밝혔다.

이재영 교수는 "이번 연구 결과는 비타민-C를 활용한 친환경적인 방법으로 리튬황 배터리 상용화의 극복 과제였던 낮은 사이클 안정성을 향상시켰다 데 큰 의미가 있다"며 "향후 차세대 전기자동차용 배터리의 적용 가능성을 더욱 높일 것으로 기대한다"고 말했다.