국내연구진, 전기차 배터리효율 60% 끌어올릴 '차세대전지 양극재' 개발

서강대 문준혁 교수팀, 저명 국제학술지에 연구결과 게재
"중간수준 흡착성 코발트-망간 산화물서 에너지밀도 높아"

코발트-망간 산화물 전극 기반의 리튬-황 전지 셀. 흡착성이 강하지도 약하지도 않은 코발트-망간 산화물에서 가장 높은 용량이 구현되는 것으로 나타났다. / 출처=서강대 제공

국내 연구진이 전기차 배터리로 많이 활용되는 리튬이온전지 대비 60% 높은 효율을 낼 수 있는 ‘리튬-황 전지’의 양극 소재를 찾아냈다. 글로벌 배터리 시장이 급성장하면서 에너지 효율을 끌어올릴 수 있는 소재에 대한 연구·개발이 활발한 가운데 나온 결과라 주목된다.

서강대는 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀이 차세대 리튬-황 전지를 위한 고성능 ‘코발트 이원계산화물’ 양극 소재를 규명했다고 7일 밝혔다.

리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지에 비해 2~3배 높은 에너지 밀도 구현이 가능할 것으로 기대되는 차세대 전지다. 다만 충전·방전 중 양극에서 생성되는 리튬 폴리설파이드의 용해 현상에 의한 전해액 오염으로 이론적 에너지 밀도에는 못 미치고 있다. 때문에 각국 연구진은 리튬 폴리설파이드를 강하게 흡착해 용해를 억제하는 기능성 양극 재료를 개발 중이다.

문 교수팀은 강한 흡착성을 지닌 양극재에 의존하던 기존 연구들과 다른 접근법을 시도했다. 코발트 기반 이원계 산화물을 통해 다양한 흡착성을 구현한 끝에 ‘중간 수준 흡착성을 갖는 코발트-망간 산화물’에서 가장 높은 에너지 밀도를 얻었다. 해당 전극은 6분 내 완전 충전 조건에서 기존 리튬이온전지 대비 60% 향상된 용량을 보였다고 연구팀은 설명했다.

문 교수는 “기존의 리튬-황 전지 관련 연구가 강한 흡착성의 양극재에 단순 의존해왔다면, 이번 연구는 ‘정밀하게 제어된 흡착성을 갖는 양극’이 필요하다는 것을 확인했다는 데에 의의가 있다”고 강조했다.

서강대 김기원 박사(제1저자)와 문 교수(교신저자)가 주도한 이 연구는 이달 2일자로 저명 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 온라인 게재됐다. 한국연구재단 중견연구과제 지원을 받았다.

김봉구 한경닷컴 기자 kbk9@hankyung.com