[한스경제=이인호 기자]국내 연구진이 기존 리튬·황 배터리의 한계를 뛰어넘는 새로운 고분자 소재를 개발해 세간의 이목을 받고 있다.

30일 국립군산대 이민재 교수팀과 성균관대 박호석 교수팀이 함께 황(S)과 이온성 고분자를 공유결합시킨 '네트워크 이온성-황 고분자(IP-S)'를 개발해 리튬-황 배터리 성능을 획기적으로 향상시켰다고 밝혔다.

리튬-황 배터리는 기존 리튬이온배터리 대비 최대 5배의 에너지 밀도를 가질 수 있어 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있지만, 충방전 과정 중 생기는 '셔틀 효과'로 인해 수명이 짧아 상용화에 어려움이 있었다.

공동 연구팀은 황을 단순히 포집하는 기존 방식 대신, 고분자 내부에 공유결합으로 고정해 셔틀 효과를 억제하는 방식으로 접근했다. 특히 이온성 고분자의 높은 전도성과 리튬 친화성을 활용해 반응속도도 크게 개선했다.

특히 실험 결과, IP-S를 적용한 리튬-황 전지는 0.1 C 조건에서 황 1그램당 1389.9 mAh g-1의 매우 높은 초기 방전 용량을 기록했으며, 400회 충·방전 후에도 71.3%의 용량을 유지하는 뛰어난 수명 특성을 보였다.

여기에 실제 상용화를 고려한 높은 황 적재량(6.87 mg cm-2) 조건에서도 7.23 mAh cm-2의 우수한 면적당 용량을 달성하는 데 성공했다.

아울러 기존 리튬-황 전지의 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 고분자 기반 전극 설계 전략을 제시했다는 점에서 주목된다.

한편 이번 연구는 전지 내의 황에 대한 활용도를 극대화하는 동시에 긴 수명과 높은 출력을 동시에 달성한 사례로, 향후 차세대 고에너지 밀도 배터리 개발에 새로운 가능성을 열 것으로 기대를 모으고 있다.

또한 본 연구는 에너지 소재 분야의 권위 있는 국제학술지인 ACS Energy Letters 025년 최신호에 게재됐다.