전체기사 최신뉴스 GAM 라씨로
KYD 라이브
KYD 디데이
산업 에너지

국내서 '불에서도 안전하고 오래 가는' 리튬-황 전지 개발

기사입력 : 2019년11월11일 12:00

최종수정 : 2019년11월11일 12:00

'고용량‧고안전 전고체전지' 새 개념
핵심기술은 '이중층 고분자 전해질'

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 불 속에서도 안전하게 작동하며 용량이 커서 오랫동안 사용할 수 있는 배터리가 개발됐다. 상용화한 리튬 이온 전지보다 용량이 큰 '리튬-황 전지'의 성능과 안전성을 개선한 데다 프린팅 공정으로 쉽게 제조할 수 있어 눈길을 끈다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 이상영 교수팀은 프린팅 공정을 이용해 안전성 높은 '다형상 전고체 리튬-황 전지(all-solid-state battery)'를 개발했다고 11일 밝혔다.

연구결과는 에너지 분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)' 표지논문으로 선정돼 지난달 24일 출판됐다.

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 바이폴라 전고체 리튬-황 전지의 제조 공정 모식도: 유변학적 물성이 조절된 전극과 전해질을, 원하는 사물 위에 단계적으로 프린팅하는 공정을 써서 전지를 제조하는 방식이다. 사물 위에 직접 전지를 제조할 수 있다는 큰 장점이 있다. 2019.11.11 kimys@newspim.com

연구진에 따르면 이번 논문에서 글자나 그림을 사물에 인쇄하듯 전지를 만들어 내는 '프린팅 공정'과 리튬-황 전지의 고질적 문제인 전지 수명 감소를 해결한 '이중층 고분자 전해질'이 핵심 기술이다.

리튬-황 전지는 리튬을 음극재로, 황을 양극재로 사용하는 전지다. 리튬 이온 전지에 비해 에너지 밀도가 약 5배 이상 높지만, 충전과 방전 과정에서 생성되는 황화합물(Polysulfide)이 전지의 성능을 저하시키는 단점이 있다. 황화합물이 음극으로 이동해 음극 표면에 얇은 막을 만들면서 전기 흐름을 담당하는 리튬 이온의 움직임을 가로막기 때문이다.

연구팀은 리튬-황 전지의 성능 저하를 '두 개의 층으로 이뤄진 젤(Gel) 상태 전해질'로 해결했다. 음극에는 황화합물이 음극으로 이동하는 걸 억제하는 전해질을, 양극에는 황의 산화와 환원 반응이 잘 일어나는 전해질을 배치한 것이다. 두 전해질은 열역학적으로 안정해 서로 섞이지 않는다.

제1저자인 김세희 박사는 "이중층 고체 전해질을 갖는 리튬-황 전지는 일반적인 액체 전해질을 갖는 리튬-황 전지에 비해 수명 주기가 2배 이상 늘어났다"며 "고체 전해질이지만 부드럽게 구부러지는 젤 형태를 썼기 때문에 전지의 기계적‧화학적 안정성이 높으며 전지 여럿을 직렬로 연결할 수 있어 작동 전압을 높이기도 쉽다"고 설명했다.

실제로 이 전지는 다양한 방식으로 접고 펴기를 반복해도 정상적으로 작동했다. LED 램프와 연결된 전지를 가위로 잘라도 램프에 불이 유지될 정도로 안전성도 높았다. 또 전지에 불을 붙이는 실험에서도 끄떡 없이 작동하는 모습을 보였다. 인화성 액체 전해질 대신 고체 전해질을 쓴 덕분에 불이 붙거나 폭발하지 않은 것이다.

전고체 리튬-황 전지를 만드는 '단계적 프링팅 공정'이 가진 장점도 많다. 원하는 자리에 다양한 모양의 전지를 직접 제조할 수 있어 사각형 배터리에서 벗어날 수 있다. 이번 연구에서는 굴곡진 평면 구조인 비행기 날개 위에 알파벳 형상의 리튬-황 전지를 제조해 선보였다.

이상영 교수는 "이번 연구는 현재 이차전지 분야의 가장 큰 관심사 중 하나인 '고용량‧고안전성 전고체전지'를 만드는 새로운 개념을 제시했다"며 "가위로 자르거나 불을 붙인 상황에서도 정상 작동하는 매우 안전한 바이폴라(Biopolar) 구조를 구현해 고전압 특성을 확보했다"고 강조했다.

그는 이어 "프린팅 공정을 이용해 다양한 모양을 갖는 전고체전지를 쉽게 제조할 수 있어 리튬-황 전지의 실용성을 높이는 크게 높일 것"이라고 전망했다.

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
SKT '유심 교체' 북새통...내 차례 올까 [인천=뉴스핌] 김학선 기자 = 가입자 유심(USIM) 정보를 해킹 당한 SK텔레콤이 유심 무료교체 서비스를 시작한 28일 인천의 한 대리점에서 고객들이 유심 교체를 위해 줄을 서 차례를 기다리고 있다. SKT는 사이버침해 피해를 막기 위해 이날 오전 10시부터 전국 2600여곳의 T월드 매장에서 희망 고객 대상 유심 무료교체 서비스를 진행한다. 2025.04.28 yooksa@newspim.com   2025-04-28 12:12
사진
"화웨이, 엔비디아 H100 능가 칩 개발" [서울=뉴스핌]박공식 기자 = 중국 화웨이가 미국이 수출 금지한 엔비디아 칩을 대체할 최신 인공지능(AI) 칩을 개발해 제품 시험을 앞두고 있다고 월스트리트저널(WSJ)이 현지 시간 27일 보도했다. 신문은 화웨이가 일부 중국 기술기업에 새로 개발한 '어센드(Ascend) 910D'의 시험을 의뢰했다고 전했다. 어센드 910D는 엔비디아의 H100보다 성능이 더 우수한 것으로 평가되고 있으며 이르면 5월 말 시제품이 나올 것으로 예상된다. 앞서 로이터통신은 21일 화웨이가 자체 개발한 AI칩 910C를 내달 초 중국 기업에 대량 출하할 계획이라고 보도한 바 있다. 화웨이를 비롯한 중국 기업들은 데이터를 알고리즘에 제공해 더 정확한 결정을 내리게 하는 훈련 모델용으로 엔비디아 칩에 필적하는 첨단 칩을 개발하는 데 주력해왔다. 미국은 중국의 기술 개발을 억제하기 위해 B200 등 최첨단 엔베디아 칩의 중국 수출을 금지하고 있다. H100의 경우 2022년 제품 출하 전에 중국 수출을 금지했다.  중국 베이징에 있는 화웨이 매장 [서울=뉴스핌]박공식 기자 = 2025.04.28 kongsikpark@newspim.com kongsikpark@newspim.com 2025-04-28 12:26
안다쇼핑
Top으로 이동