(왼쪽부터)이정규 교수, 카루푸 무루게산 박사.(사진=동아대 제공)

동아대학교는 화학공학과(BK21 Four) 이정규 교수팀이 차세대 ‘리튬-황 전고체전지’를 고성능으로 구현할 수 있는 기술을 개발한 논문을 ‘Chemical Engineering Journal(IF 13.4, JCR 상위 3.7%)’ 4월호에 발표했다고 7일 밝혔다.

과학기술정보통신부 과학기술사업화진흥원의 ‘차세대 유망 Seed 기술실용화 패스트트랙사업’과 한국에너지평가원의 ‘에너지인력양성사업’ 지원을 받아 진행된 이번 논문의 제1저자로는 동아대 카루푸 무루게산 박사, 공저자로 배정우·손찬식 대학원생이 참여했다.

리튬-황 이차전지는 저가의 고에너지 차세대 이차전지로 개발되고 있으나, 황의 전도성이 낮고 과량의 액체 전해질을 사용하는 방전 과정에서 리튬폴리설파이드 용출과 이동 문제로 이론 용량 (1675 mAh/gs) 및 높은 충·방전 효율(>99%)을 구현하기 어려운 것으로 알려져 있다.

이정규 교수팀은 액체전해질 기반 리튬-황 이차전지의 문제점을 해결하기 위해 ‘리튬-황 전고체전지’를 설계, 황의 이론 용량에 근접하는 고용량과 높은 충·방전 효율을 구현하는 성과를 거뒀다.

이를 위해 기존에 보유하고 있는 원천특허 기술을 적용, 이상적인 크기의 미세 기공(직경 약 10nm 내외)을 갖는 탄소 입자 내부에 황을 균일하게 담지하고 소량의 탄소나노튜브를 도전제로 첨가해 ‘복합체 양극물질’을 제조했다.

또 용액 혼합법을 적용해 양극물질과 황화물계 전고체전해질 간의 계면 안정성을 확보, 황의 이론 용량에 근접하는 최고 수준의 용량(>1550 mAh/gs)과 충·방전 효율(99.9%, 300 사이클)을 구현하는데 성공했다.

이정규 교수는 “리튬-황 전고체전지는 기존 고가의 금속산화물 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 비해 가격 경쟁력이 월등히 높고(니켈=16,214US$/톤, 황=115US$/톤, 2025년 국제가), 폭발 위험에 대한 안정성과 에너지밀도가 높아 차세대 이차전지로 개발될 것”이라며 “앞으로 전기자동차는 물론 드론, 로봇 등 다양한 IT 기기에 적용이 기대된다”고 밝혔다.