포스텍 박문정교수팀, 6분만에 충전 가능한 리튬이온베터리 개발

박문정 교수

[이데일리 뉴스속보팀] 포스텍 연구팀이 6분만에 완전 충전이 가능한 배터리 기술을 개발했다.

포스텍(포항공대)은 이 대학 화학과 박문정 교수·통합과정 강한얼 씨가 가황고분자를 양극재로 활용해 리튬-황 이차전지에서 황의 용출을 막고, 효율은 높이면서 단 6분 만에 완전 충전이 가능한 전지를 구현했다고 28일 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 뒷면 표지로 소개됐다.

전지를 만들 때 ‘황’을 이용하면 같은 부피나 무게의 리튬 이온 전지에 비해 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있어서 용량이 크게 높아지지만, 황의 낮은 전기전도도에 의해 고속 충전이 불가능하고, 황이 전해액에 용출돼 반복된 충전·방전 하에서 효율이 급격히 떨어지는 고질적인 문제로 인해 상용화는 어려웠다.

이에 연구팀은 이원자를 포함한 링커 분자를 도입해 크게 향상된 전기적·전기화학적 특성을 보이는 가황고분자를 개발했다.

가황고분자는 황화합물(polysulfide)과의 강한 화학적 상호작용을 통해 황이 전해액에 용출되는 것을 효과적으로 차단했다. 또 가황고분자를 양극 물질로 활용했을 때 기존 황 전극과 비교해 450배나 향상된 전기전도 특성을 보였고, 그 결과 10C(6분 만에 충전 혹은 방전시킬 수 있는 전류)에서 833mAh/g라는 높은 용량을 보였다. 이 수치는 기존에 개발된 어떤 리튬-황 전지에서도 보고된 바 없는 획기적인 결과다.

연구를 주도한 박문정 교수는 “개발된 가황고분자를 이용하면 기존 황전극의 단점인 낮은 전기전도도와 용출 문제를 모두 해결할 수 있다”며 “실험실 내 효율이 그대로 구현된다면 6분 만에 전기자동차나 핸드폰을 충전할 수 있는 데다 합성하는 비용도 저렴하다”며 상용화에 대한 기대감을 드러냈다.

한편 이번 연구는 특허 출원 됐으며, 중견연구, 선도연구센터지원사업, 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐다.