DGIST 에너지공학과 유종성 교수 연구팀이 황 활물질이 담겨진 다공성 실리카 중간층 기술을 개발했다. 이번 연구는 에너지 밀도와 안정성이 중요한 ‘차세대 리튬-황 전지’ 연구개발 및 상용화 분야의 터닝 포인트가 될 것으로 기대된다.

황을 양극 소재로 사용하는 리튬-황 전지는 비싼 희토류를 양극 소재로 사용하는 기존 리튬이온전지보다 여러 배 이상 높은 에너지 밀도를 갖고 있어 전기차나 드론 등 고에너지 장치에 활용할 수 있다. 가격이 싸고 풍부한데다 유해하지 않은 장점도 있다.

그러나 충전과 방전 때 생기는 다황화물이 전지 음극 쪽으로 확산하면서 황 활물질(방전할 때 화학적으로 반응해 전기에너지를 생성하는 물질) 손실이 발생해 용량과 수명이 줄어든다는 단점이 있다.

유 교수 연구팀은 판상형 실리카를 합성하고 그 안에 황을 담아 새로운 실리카-황 중간층(interlayer)을 구현해 이런 단점을 보완했다.

유 교수는 “지금까지 시도하지 않았던 다공성 실리카 물질의 기공에 황을 담지한 물질을 용량과 수명 향상을 위한 리튬-황 배터리용 중간층 소재로 이용 할 수 있음을 최초로 규명한 연구성과”라며, “차세대 고에너지, 장수명 리튬-황 전지 개발에 대한 새로운 이정표를 제공 할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 미국 아르곤 국립연구소(ANL)의 아민 카릴(Amine Khalil) 박사팀과 공동협력으로 진행됐고, 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이슨즈’ 온라인판에 실렸다.