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‘ 방전ㆍ충전 메커니즘’ 연구성과 , 기존 학설 뒤집어... 실생활 및 산업 큰 변화
○한국기술교육대학교(KOREATECH/
(에너지ㆍ신소재ㆍ화학공학부)가 전자부품연구원 차세대전지센터(박민식 박사), 부산대(김석 교수)와 공동으로 지난 40여 년 간 미제로 남아있던 리튬-설퍼(Li-S) 전지의 작동원리를 규명하는 쾌거 를 거두어 주목된다.
○ 리튬-설퍼 전지는 설퍼(유황)을 양극소재로, 리튬 금속을 음극소재로 사용하는 것으로서 가격이 저렴하고 이론 용량과 에너지밀도가 높다는 점에서 , 현재 상용화되어 있는 리튬이온 전지를 대체할 전지로 전 세계적인 주목 을 받아 왔다.
※ 예를 들면 전기자동차에 고용량 리튬-설퍼 전지를 탑재한다면 현재 핸드폰에 사용되고 있는 리튬이온전지 대비 2~3배 이상의 항속거리를 확보할 수 있게 된다. 가격 또한 매우 저렴하고 친환경적인 것도 특징이다.
○ 공동연구팀은 리튬-설퍼전지 방전 및 충전 메커니즘에 대한 두 편의 논문 을 100년이 넘는 전통을 가진 전지분야 세계적 학술지인 미국전기화학회지(Journal of the Electrochemical Society) 인터넷판 10월호 에 발표했다.
○ 그간 학계에서는 리튬-설퍼 전지는 고체 설퍼 입자가 직접 전자를 받아 방전반응이 시작되고, 설퍼(S 8 )가 방전되면서 생성되는 고체 Li 2 S 입자가 직접 전자를 받아 충전반응이 진행된다는 것이 정설이었다. 이러한 인식 하에 수많은 과학자들이 설퍼나 Li 2 S를 탄소 내에 주입하거나 복합화하여 전기전도를 높이는 방향으로 연구 역량을 집중해 왔다.
○ 공동연구팀은 “하지만 이번에 리튬-설퍼 전지의 방전 및 충전 메커니즘에 대한 학계의 오류를 발견하고 새로운 반응 메커니즘을 제시 한 것”이라고 밝혔다.
○ 공동연구팀은 양극과 전기적으로 분리된 고체 설퍼와 Li 2 S 입자도 반응에 참여할 수 있다는 것을 보임으로써 전하전달이 고체/고체 계면이 아닌 고체/액체 계면에서 일어난다는 것을 밝히고, 이를 바탕으로 리튬-설퍼 전지 반응 메커니즘을 정립하고, 고용량 설퍼 전지 연구개발 방향과 전략을 새롭게 제시 한 것이다.
○ 책임연구자인 정 교수는 “전지의 작동원리는 연구개발 수립단계에서 나침반과 같은 역할을 해서 매우 중요하고, 고성능 전지개발을 위해선 메커니즘에 대한 정확한 이해가 무엇보다 선행되어야 한다”면서 “공동연구팀은 새로운 메커니즘을 적용하여 기존 리튬-설퍼전지의 부피 에너지밀도를 최소 50% 이상 향상 시킬 수 있었다”고 밝혔다.
○ 그는 “이번 연구결과는 리튬-설퍼전지 연구개발 분야의 중대 전환점이 될 것이며 최적화 과정을 거친다면 고용량 리튬-설퍼 전지 기술의 전기를 마련, 부피 에너지밀도를 크게 향상 시킬 수 있을 것”이라며 “고용량 리튬-설퍼 전지가 휴대용 전자제품뿐 아니라 전기자 동차, 에너지 저장시스템(energy storage system) 등에 실제 적용되어 활용된다면 실생활 및 산업체 전반에 큰 변화 를 가져오게 될 것”이라고 강조했다.<끝>
