포스텍 연구팀, 정유처리 부산물 '황'을 이용해 전지양극재 개발

포스텍 화학과 박문정 교수(오른쪽)와 통합과정 강한얼씨.

유지력과 충전속도를 모두 충족하는 차세대 배터리 개발 요구가 계속 높아지고 있는 가운데 국내 연구진이 정유처리 부산물인 황을 이용해 전지양극재를 만들어내는데 성공했다.

포스텍(포항공대) 화학과 박문정 교수·통합과정 강한얼 씨 연구팀은 고에너지 밀도, 고속 충전, 기계적 유연성을 갖는 혁신적인 리튬-황((Li-S) 전지를 개발했다.

이 연구는 추가적인 용매나 개시제, 계면활성제, 입체 안정화제를 사용하지 않고 30분 이내의 빠른 반응시간을 통해 계층적으로 정렬된 형태의 역가황 고분자 입자를 합성한 첫 번째 사례가 됐다. 연구 결과는 에너지 소재 분야 국제 학술지인 '나노 에너지' 온라인에 게재됐다.

황은 값이 싸고 풍부하며, 독성이 적다는 점 때문에 주목받고 있는 물질이다. 특히 리튬-황 배터리는 높은 에너지 밀도와 용량을 저장할 수 있다는 점 때문에 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 황은 낮은 전기전도도를 갖기에 활성 물질의 완전한 활용을 방해해 충방전 속도를 늦추는 단점이 있다. 또 전해질에 용해도가 높아 전지의 수명도 떨어뜨린다.

이에 연구팀은 황과 비닐포스폰산(VPA)의 역가황 반응을 이용한 공중합을 통해 30분 만에 황 기반 고분자 입자를 합성해냈다. 이처럼 짧은 반응시간에 균일한 미세 입자를 형성할 수 있었던 이유는 황 라디칼과 VPA의 자가 촉매 반응 덕분이다.

이렇게 탄생한 황 기반 고분자 입자는 계면활성제 없이도 안정화를 이뤘고, 전극 표면에 가해지는 기계적 응력도 완화되는 것을 확인했다. 또 전해질의 침투가 쉽고 전극의 기계적 무결성도 높일 수 있었다.

박문정 교수는 "역가황 고분자를 저비용-친환경적인 방법으로 합성해 유연한 리튬-황 전지를 개발했다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로 웨어러블 디바이스 전지 등으로 그 활용 가능성을 높였다는 점에서 보다 큰 성과가 기대된다"고 했다.