마이크로 볼’로 리튬황전지 만든다…"리튬이온 대체효과 기대”

박호석 성균관대 교수, 나노입자를 스프레이처럼 뿌리는 ‘분무 동결 합성법’ 개발

/자료=한국연구재단

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박호석 성균관대 교수 연구팀이 리튬황전지를 안정화하고 수명을 늘려주는 공정 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

전기차, 신재생에너지 저장 등은 기존 전지보다 용량이 큰 중‧대형전지가 필수적이다.

리튬황전지는 현재 널리 쓰이는 리튬이온전지보다 이론적으로 에너지 저장능력이 5배 가량 높다. 또 황은 자원이 풍부한 데다 가격도 저렴하다.

그러나 황은 전기전도성이 낮고 전해액으로 녹아들면서 전지의 심각한 성능저하 및 수명 손실을 가져와 상용화에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 ‘분무 동결 합성법’을 개발, 황과 그래핀이 결합된 공 모양의 입자를 합성하고 내부 기공 구조를 정밀하게 제어했다.

연구팀은 “그래핀이 전기전도성을 보완해주고, 황과 그래핀이 강하게 결합해 황이 전해액으로 녹아드는 현상을 효과적으로 억제했다”고 설명했다.

분무 동결 합성법은 나노입자를 스프레이처럼 뿌리고 동결 건조시키는 방법이다. 이를 통해 다공성 그래핀에 막대모양 황 입자가 다량 결합되어 밤송이 같은 형태를 가진다. 이 방법으로 황을 고르게 분포시킬 수 있고, 입자 형태와 다공성 구조를 동시 제어할 수 있다.

박호석 성균관대 교수/사진=한국연구재단

이 합성법은 거의 모든 나노소재를 ‘마이크로 볼’ 형태로 결합할 수 있다. 또 입자 크기, 밀도, 개방형 다공성의 내부 구조까지 제어할 수 있다. 분무 방식이므로 대량 합성, 대면적화가 가능하고, 물을 용매를 사용하므로 친환경적이다.


박 교수는 “분무 동결 합성법은 다양한 나노소재의 복합체 구성과 개방형 다공성 구조의 제어에 응용될 수 있다”며 “이 합성법의 우수성을 보여주기 위해 개발한 리튬황전지용 양극 소재는 높은 에너지용량이 요구되는 차세대 전자기기, 전기차 등에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 한국철도기술연구원 주요사업의 지원을 받았다.