• 고려대 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀
  국제 에너지 분야 학술지 표지 논문으로 선정

리튬-황 전지용 고성능 후막 전극(thick electrode)으로서 야누스 구조 필름의 개념도. 야누스 구조에서 리튬 이온의 전극내 균일한 확산과 안정적 충·방전 반응이 진행된다. [고려대 제공]

[헤럴드경제=안효정 기자] 고려대 화공생명공학과 문준혁 교수팀이 에너지 밀도를 대폭 향상하는 야누스 구조의 리튬-황 전지를 개발했다.

문 교수 연구팀의 결과는 에너지 분야에서 국제적으로 저명한 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’(인용지수: 32.4)에 지난달 26일 게재됐다. 또 해당 논문은 표지 논문로 선정돼 출판 예정이다.

리튬-황 전지는 양극에 황·탄소 복합 필름을 사용하는 차세대 이차전지로서, 기존 리튬-이온 전지에 비해 생산 단가가 낮으면서도 이론적으로 약 5배 높은 용량을 구현할 수 있어 주목받고 있다. 하지만 고에너지 밀도를 위해 사용되는 두꺼운 전극(후막 전극·thick electrode)에서 황의 불균일한 충·방전 반응이 나타나는 한계가 있었다.

문 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘야누스’ 구조의 전극을 제시했다. ‘야누스’ 전극은 로마 신화에서 앞뒤 두 얼굴을 가진 야누스 신의 이름을 딴 것으로, 리튬 이온의 확산을 촉진하는 층과 황의 충·방전 반응을 촉진하는 층이 접합된 형태로 구성된다. 야누스 전극의 독특한 구조는 두꺼운 필름에서도 리튬 이온이 고르게 확산할 수 있도록 하며, 필름 전체에서 충·방전 속도를 균일하게 하여 전지의 용량을 극대화한다.

야누스 구조 양극을 적용한 리튬-황 전지는 최대 12mAh/㎠의 양극 용량을 달성하는 데 성공했으며, 이는 기존 리튬-이온 전지 대비 약 3배에 해당하는 높은 수준이다.

문 교수는 “이번 연구는 고에너지 밀도 리튬-황 전지에서 양극의 한계를 극복할 수 있는 이질적 전극 구조를 제시했다는 데 큰 의의가 있다”며 “이 기술이 리튬-황 전지의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

해당 연구는 삼성미래기술육성사업 및 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.