한국과학기술원(KAIST)은 김희탁 교수팀이 LG에너지솔루션 연구팀과 공동으로 도심항공모빌리티(UAM)용 리튬황전지의 성능 저하 원인을 밝히고 이를 토대로 성능을 혁신적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
리튬황전지는 리튬이온전지의 양극 물질로 ‘황’을 이용하는 배터리다. 도심 항공 교통을 연결하는 UAM의 에너지원으로 쓰이는 기존 상용 리튬이온전지는 무게당 에너지 밀도가 낮아 리튬이온전지 대비 2배 이상의 무게당 에너지 밀도를 낼 수 있는 리튬황전지가 차세대 이차전지로 주목받고 있다.
다만 리튬황전지의 안정적 구동을 위해서는 많은 양의 전해액이 필요해 전지 무게가 증가하고 이에 따라 에너지밀도가 감소하는 한계가 있었다. 전해액 사용량을 줄이게 되면 성능 열화가 가속하는 문제가 발생하는데, 정확한 원인이 밝혀지지 않아 UAM 용 리튬황전지 개발에 어려움이 있었다.
연구팀은 다양한 전해액 환경에서의 실험을 통해 성능 저하의 원인이 전극 부식으로 인한 전해액 고갈 때문임을 밝혔다. 너무 많거나 적지도 않은 적절한 용매화 능력을 갖춘 불소화 에테르 용매를 도입해 리튬 금속 음극을 안정화하는 방법으로 전해액 분해를 억제하는 데 성공했다.
이를 통해 전해액 사용량을 기존 대비 60% 이상 줄이고도 400Wh/kg(킬로그램당 와트시) 이상의 에너지밀도를 구현할 수 있는 리튬황전지를 개발했다. 에너지밀도가 상용 리튬이온전지보다 60% 이상 높으며 안정적인 수명 특성을 확보해 UAM 용 배터리의 가장 큰 장애물을 넘었다고 연구팀은 설명했다.
김희탁 KAIST 교수는 “이번 연구는 리튬황전지에서 전해액 설계를 통한 전극 계면 제어의 중요성을 밝힌 의미 있는 연구로, UAM과 같은 차세대 모빌리티 배터리의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다.
헬로티 이창현 기자 |
