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테크노트 차세대 리튬황배터리 난제 풀렸다

한국전기연구원, 배터리 성능 저하 주범 ‘리튬 폴리설파이드’ 문제를 활성탄과 인으로 해결 경량성 및 플렉시블 성능 강화로 차세대 항공 모빌리티 활용 기대, 국제 학술지 ‘스몰’ 논문 게재 리튬황배터리(Lithium-sulfur Battery)는 니켈이나 코발트같이 비싼 희토류를 양극재로 사용하는 기존 리튬이온배터리와 달리, 자원이 풍부한 황(S)을 양극재로 사용하여 전지의 제조단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 리튬황배터리는 이론적으로 리튬이온배터리보다 에너지 밀도가 무려 5배나 높아 차세대 배터리 대표주자로 손꼽히고 있다. 하지만 리튬황배터리에도 넘어야 할 과제가 있다. 충·방전 과정에서 리튬과 황이 만날 경우 황화리튬, 일명 ‘리튬 폴리설파이드(Lithium Polysulfides)’가 되는데, 중간 생성물인 이 리튬폴리설파이드는 전해액에 대한 높은 용해도로 인해 ‘용출 현상(polysulfide shuttle)’이 나타나 충·방전이 거듭될수록 양극 활물질이 손실되는 문제가 있다. 황이 지속적으로 전해질에 녹아, 결국에는 황의 양이 감소하는 것이다. 이는 수명과 안전성 저하와 직결되어 리튬황배터리의 상용화를 막는 가장 큰 난제 중 하나였다. 한국전기연구원(

김진희 기자

2022-04-11 11:25

일반뉴스 브이티지엠피, 차세대 배터리 ‘리튬-황 전지’ 개발사업 선정

헬로티 이동재 기자 | 브이티지엠피가 차세대 리튬-황 배터리 개발을 위해 중소기업기술정보진흥원이 주관하는 2021년 Tech-Bridge 활용 상용화 기술개발 사업에 한국전기연구원과 공동으로 지원 대상에 선정, 주관연구기관으로 참여한다고 4일 밝혔다. 이번 과제를 통해 브이티지엠피는 한국전기연구원에서 이전 받은 기술을 기반으로 400Wh/kg 급 리튬-황 전지용 고에너지 밀도 전극 구조체와 양산제조기술 및 양산장비를 개발해 최종적으로 경량, 고에너지 밀도의 리튬-황 전지용 양극을 생산할 계획이다. 리튬-황 배터리는 양극 소재로 탄소소재 및 황, 음극 소재로 리튬 금속을 사용하는 2차전지를 말한다. 현재 전기차에서 주로 사용되는 삼원계 리튬-이온 배터리의 경우 용량을 늘리기 위해 사용되는 하이니켈 양극재의 구조적 안정화를 위해 코발트를 이용한다. 하지만, 최근 배터리에 사용되는 니켈과 코발트의 가격이 급등하여, 가격 경쟁력에 대한 우려가 확산되고 있다. 실제로 테슬라의 경우 저가 보급형 모델인 모델2에 중국에서 주로 생산하는 LFP(리튬인산철) 배터리를 채택했으며, 향후 전 모델에 스탠다드 레인지 모델에는 LFP 배터리를 채택하기로 결정했다. 이에 따라 양극재

이동재 기자

2021-11-05 14:47

일반뉴스 국내 연구진, 리튬황전지 양극재 합성 성공...웨어러블 제품에 활용

헬로티 이동재 기자 | 국내 연구팀이 정유 처리의 부산물로 여겨졌던 황을 이용해 30분 만에 리튬-황 전지 양극재를 합성하는 데 성공했다. POSTECH 연구팀은 고에너지 밀도, 고속 충전, 그리고 기계적 유연성을 부여할 수 있는 혁신적인 리튬-황((Li-S) 전지를 개발했다. 추가적인 용매나 개시제, 계면활성제, 입체 안정화제를 사용하지 않고 30분 이내의 빠른 반응시간을 통해 계층적으로 정렬된 형태의 역가황 고분자 입자를 합성한 첫 번째 사례다. 현재 사용되는 고독성 전이 금속계 양극 재료와는 달리, 황은 값이 싸고 풍부하며, 독성이 적다는 점 때문에 주목받고 있는 물질이다. 특히, 리튬-황 배터리는 높은 이론적 에너지 밀도로, 높은 용량을 저장할 수 있어 차세대 배터리로서 가능성을 보여준다. 하지만, 황은 근본적으로 낮은 전기전도도를 가지기 때문에, 활성 물질의 완전한 활용을 방해하여 충방전 속도를 늦추고, 전해질에 용해도가 높아 전지의 수명을 떨어뜨리는 단점이 있다. 연구팀은 기존의 황 전극과 달리 황의 함침 공정을 사용하지 않고, 황과 비닐포스폰산의 역가황 반응을 이용한 공중합을 통해 30분 만에 황 기반 고분자 입자를 합성했다. 짧은 반응시간에 균

이동재 기자

2021-09-14 10:33