전북대학교 도안티루루엔 박사(이하 루엔, 바이오나노융합공학과·사진)가 차세대 리튬-황 배터리의 단점을 극복한 분리막을 개발해 세계 학계가 주목하고 있다. 

이 연구 내용을 담은 논문이 환경공학 분야 세계적 학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 비: 인바이러멘탈(Applied Catalysis B: Environmental(IF 24.319)’ 온라인판 최신호에 게재됐다고 밝혔다.

현재 리튬-황 배터리는 다황화물(Polysulfide)에 의한 셔틀효과(shuttle effect)로 인한 용량 저하와, 다황화물이 성장하면서 생기는 덴드라이트(Dendrite)에 의해 분리막을 손상시켜 내부 쇼트를 발생, 아직까지 해결해야 할 숙제로 남아 있다.

이에 따르면 루엔 박사는 리튬-황 배터리가 갖는 분리막 문제를 해결하기 위해 상용화 된 분리막 소재 표면에 폴리스티렌 마이크로 구체와 그래핀, 촉매를 각각 코팅해 3차원 형상의 새로운 분리막(3D hollow N-doped graphene microsphere framework)을 개발했다.

실험을 통해 개발한 분리막이 효과적으로 다황화물의 확산을 제한하고, 고차 다황화물을 저차로 환원시켜 셔틀효과를 억제하는 성능이 있음을 확인했다. 이를 통해 리튬-황 전지의 용량과 수명, 안정성을 향상시키는 결과를 도출한 것.

루엔 박사는 “앞으로 코인셀 뿐만 아니라 파우치 형태로도 가능성을 확인 할 계획”이라며 “좀 더 안정된 고용량의 리튬-황 배터리의 분리막을 개발하는데 더욱 정진하겠다”고 밝혔다.

한편, 최근 전기자동차나 모바일 기기, 대용량 전기저장장치(ESS) 등에 ‘리튬-이온(Li-Ion)’ 배터리가 널리 활용되고 있다. 그러나 주요 자원인 리튬은 대부분 수입에 의존하고 있고, 가격 상승으로 인해 배터리 완성품 제조 업체의 부담이 날로 늘어나고 있다. 때문에 리튬-이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 배터리로 리튬보다 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 ‘황’을 이용한 연구가 활발히 진행 중이다.   /장은성 기자