서강대 문준혁 교수 연구팀, 차세대 리튬-황 배터리 양극재 개발

[서울=뉴시스]박선민 인턴 기자 = 서강대(총장 심종혁)는 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀이 차세대 리튬 전지를 위한 무정형 산화티탄 촉매 전극을 개발했다고 8일 밝혔다.

차세대 리튬 전지로 잘 알려진 리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지에 비해 약 5배 높은 이론 에너지 밀도로 알려져 있다. 그러나 여러 단계의 리튬-황 화합물을 거쳐 충전·방전이 느리다는 단점이 있어 이론 에너지 밀도를 달성하지 못하고 있다.

이에 문 교수팀은 이론적 계산과 실험을 통해 무정형의 산화티탄에서 각 단계 반응이 모두 촉진될 수 있다는 사실을 규명했다. 비결정성일고도 불리는 무정형은 원자 배열이 규칙적이지 않고 무질서한 것을 의미한다.

연구팀은 무정형 산화티탄에서는 충방전 중간체 화합물을 강하게 흡착하는 단계 반응을 촉진할 뿐만 아니라 최종 방전 생성물을 형성하는 단계 반응에 대해서도 높은 가역성을 보인다는 것을 확인했다.

또 무정형 산화티탄을 리튬-황 전지의 양극에 적용하여 충전·방전 반응 속도를 획기적으로 개선하였다. 3분 충전에서도 기존 리튬이온전지 대비 약 2배 높은 용량을 달성하였다. 해당 속도는 휴대전화 충전 고속 충전기로 1시간 충전하는 것과 비슷한 효과를 가진다.

문 교수는 "이번 연구는 원자 배열이 무질서한 산화티탄에서 특이적인 충방전 반응 거동을 확인했다는데 의의가 있으며, 차세대 리튬-황 전지의 실용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편 한국연구재단의 중견연구자 사업 등의 지원으로 수행된 해당 연구 결과는 국제 저명 학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 지난 6일 게재됐다.


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