KAIST·LG엔솔, 도심 항공 모빌리티 사용 리튬황전지 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 도심 항공 모빌리티(UAM)에 쓰이는 리튬이온전지의 무게당 에너지밀도가 낮은 한계점을 해결할 ‘리튬황전지’를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수팀이 LG에너지솔루션과 배터리의 안정적 사용을 위해 전해액 사용량이 줄어든 환경에서 리튬황전지 성능 저하 원인을 규명했다고 23일 밝혔다.

리튬황전지는 기존 리튬이온전지 대비 2배 이상의 무게당 에너지밀도를 제공할 수 있어 UAM 시장의 게임 체인저로 평가받는다.

그러나 리튬황전지는 배터리의 안정적 구동을 위해 많은 양의 전해액이 필요해 전지 무게가 증가하고 결과적으로 에너지밀도가 감소하는 문제가 있다. 또 전해액 사용량을 줄이는 희박 전해액 환경에서는 성능 열화가 가속화하고 퇴화 메커니즘조차 명확히 밝혀지지 않아 UAM용 리튬황전지 개발이 난항을 겪어 왔다.

이에 연구팀은 전해액 사용량을 기존 대비 60% 이상 줄이고도 400Wh/㎏ 이상의 에너지밀도를 구현하는 리튬황전지를 개발했다. 이는 상용 리튬이온전지보다 60% 이상 높은 에너지밀도를 가지며 안정적인 수명 특성을 확보해 UAM용 배터리의 가장 큰 장애물을 극복한 것으로 평가된다.

연구팀은 다양한 전해액 환경을 실험하며, 성능 저하의 주요 원인이 전극 부식으로 인한 전해액 고갈임을 밝혀냈다. 이후 이를 해결하기 위해 불소화 에테르 용매를 도입, 리튬 금속 음극의 안정성과 가역성을 높이고 전해액 분해를 줄이는 데 성공했다.

김희탁 교수는 “이번 연구는 리튬황전지에서 전해액 설계를 통한 전극 계면 제어의 중요성을 밝힌 의미 있는 연구로 대학과 기업의 협력을 통해 이뤄진 대표적인 성공 사례로 UAM과 같은 차세대 모빌리티 배터리 상용화를 앞당기는 데 큰 진전을 이룰 것”이라고 말했다.

KAIST 생명화학공학과 김일주 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 성과는 에너지 분야 최고 권위 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스'에 게재됐다.

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