우상길 한국전자기술연구원(KETI) 수석연구원은 ‘배터리데이 2023’에서 차세대 이차전지 시장을 선점하기 위해 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높은 리튬황전지에 주목해야 한다고 강조했다.
우 수석연구원은 “차세대 이차전지는 리튬이온 배터리에 들어가는 소재를 교체하면서 에너지 밀도를 내는 방향으로 나아갈 것”이라면서 이 같이 전망했다.
KETI는 차세대 이차전지 시스템으로 리튬황전지를 개발하고 있다. 황 소재가 지닌 한계인 낮은 전기전도도, 부산물인 폴리설파이드 발생 등을 극복하기 위해 다공성 카본소재를 활용하거나 바인더에 새로운 소재를 접목하는 등 한계를 극복하기 위한 연구를 진행 중이다.
황은 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 소재다. 에너지 밀도를 높이면 저렴한 배터리를 만들 수 있다. 리튬황전지에 대한 연구가 활발해지는 이유다.
다만 황 소재는 전기전도도가 낮고, 리튬과 결합하면서 발생하는 중간생성물 폴리설파이드가 전해액에 녹는다는 게 단점이다.
KETI는 다공성 탄소소재를 활용해 고에너지밀도 황 양극 구현을 시도하고 있다고 소개했다. 부산물인 폴리설파이드가 밖으로 빠져나가지 못하도록 제어하려는 것이 목적이다.
또 탄소소재이기 때문에 전기전도성도 확보할 수 있을 것으로 보고 있다. 기존에 전기전도성을 높이기 위해 도전재를 많이 사용하던 것에 비해 황 함량을 75% 이상 높이면서도 도전재가 들어가서 발생하는 전극의 크랙을 줄일 수 있다는 설명이다.
리튬황 전지 효율을 높이기 위해 고체 초강산을 활용한 폴리설파이드 제어도 연구하고 있다고 덧붙였다. 고체 초강산 첨가제는 황과 리튬 반응에서 리튬 확산 계수를 크게 해 방전 특성과 수명 특성을 모두 향상한다는 설명이다.
바인더 소재인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)에 폴리아믹산(PAA) 소재를 접목해 폴리설파이드 흡착능력을 강화하는 방법도 준비하고 있다고 소개했다.
우 수석연구원은 “아직 액체 전해질을 고체 전환하는 문제 등 해결책을 찾아야하는 난제들이 남아있다”면서도 “이차전지 시장이 커지면 황 전지에 대한 수요도 늘어나게 될 것”이라고 전망했다.
김영호 기자 lloydmind@etnews.com
