리튬황전지 안정성 높이는 '황 입자화 공정' 개발
분무 동결 기법…성균관대 박호석 교수팀 성과
(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 성균관대 박호석 교수와 연정석 박사과정생이 분무 동결 방법으로 고용량·장수명 리튬황전지를 개발했다고 1일 밝혔다.
리튬황전지는 전기자동차나 신재생에너지 저장장치 등의 보급 확대와 맞물리면서 관심을 끌고 있다.
에너지 저장능력이 기존 전지보다 이론적으로 5배가량 높아서다.
게다가 황은 비교적 저렴해 업계에서 매력적으로 보고 있다.
다만 아직 한계도 있다.
황은 전기전도성이 낮은 데다 전해액으로 녹아들면서 전지의 심각한 성능저하와 수명 손실을 가져올 수 있다.
연구팀은 황과 그래핀을 결합한 공 모양의 입자를 합성한 뒤 내부 기공 구조를 정밀하게 제어했다.
그래핀을 통해 전기전도성을 보완하기 위해서다.
아울러 황과 그래핀의 강한 결합으로, 황이 전해액으로 녹아드는 현상을 효과적으로 억제했다.
분무 동결(Spray Frozen·SF) 합성법이 핵심 기술이라고 연구팀은 소개했다.
나노입자를 스프레이처럼 뿌리고 동결 건조하는 방식이다.
다공성 그래핀에 막대 모양 황 입자가 다량 결합하면 밤송이 같은 형태가 된다.
SF 합성법은 거의 모든 나노소재를 '마이크로 볼' 형태로 결합할 수 있다고 연구팀은 소개했다.
입자 크기·밀도·개방형 다공성 내부 구조까지 조절할 수 있다.
분무 방식이어서 대량 합성이나 대면적화도 가능하다. 물을 용매를 사용하기 때문에 친환경적이다.
박호석 교수는 "연구에서 고안한 분무 동결 합성법은 다양한 나노소재 복합체 구성과 개방형 다공성 구조에 응용할 수 있을 것"이라며 "이 합성법의 우수성을 보여주기 위해 개발한 리튬황전지용 양극 소재는 높은 에너지 용량이 요구되는 제품에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업과 한국철도기술연구원 주요사업 지원으로 수행했다.
성과를 담은 논문은 지난 14일 국제 학술지 '에이씨에스 나노'(ACS Nano)에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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