고려대학교(총장 김동원)가 기존 배터리보다 에너지 밀도를 높여 수명이 긴 고용량의 리튬-황 전지를 개발했다. 리튬-황 전지는 기존 리튬-이온 전지에 비해 2~3배 높은 에너지 밀도의 구현이 가능하며, 양극 재료로 사용되는 황의 풍부함과 낮은 가격 덕분에 주목받고 있다.

고려대 화공생명공학과(겸 스마트모빌리티학부) 문준혁 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 계면에너지를 제어하는 방법으로 나이오븀 산화물(Nb2O5)을 양극에 포함해 탄소 표면에 최소한의 접촉으로 황화리튬이 형성되도록 했다. 연구팀이 개발한 양극을 적용한 리튬-황 전지는 90% 이상의 황 활용도를 달성했으며, 약 10mAh/cm2의 양극 용량 (리튬이온 전지 대비 2배)을 달성했다.

리튬-황 배터리는 충전과 방전 중에 황과 리튬 설파이드라는 물질 사이에 전환이 일어나며 작동한다. 하지만 방전 시 생성되는 리튬 설파이드가 탄소 표면을 덮어 전기가 흐르지 못하게 된다. 이에 따라 전선이 절연체로 덮여 전기가 통하지 않는 것처럼 배터리의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

교신저자인 문준혁 교수는 “양극 메커니즘을 기반으로 간단히 문제를 해결할 방법을 제시한 것으로, 리튬-황 전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다”라고 전했다.

이번 연구는 지난 18일 에너지 재료 분야 세계적 권위 학술지 ‘Energy Storage Materials’에 게재됐으며, 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.