LG·현대차 총수 회동 테이블에 오른 전기차 배터리 조기 상용화 기대
김희탁 교수팀, 배터리 무게·비용 높이는 전해액 양 4분의 1로 줄여
한국과학기술원(KAIST)이 현재 널리 쓰이고 있는 전기 배터리인 리튬이온 배터리보다 2~3배 높은 에너지밀도를 가질 수 있는 '리튬황 배터리'의 고질적 문제를 개선했다.
김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 리튬황 배터리의 전해액 양을 4분의 1로 줄이는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 과학기술정보통신부와 LG화학의 지원을 받아 이 연구를 수행했다. 지난 22일 구광모 LG그룹 회장과 정의선 현대차그룹 수석부회장이 만나 차세대 전기차 배터리에 대해 논의하면서 리튬황 배터리도 언급한 것으로 알려졌다.
리튬황 배터리는 리튬(Li)과 황(S)을 전극 재료로 사용하는 2차 전지이다. 리튬이온 배터리보다 에너지밀도가 2~3배 높아질 수 있기 때문에 같은 무게로 2~3배 더 많은 전기용량을 가질 수 있다. 전기차·드론의 무게를 유지하면서도 운행거리를 늘리기 위한 차세대 배터리로 주목받고 있다.
황은 쉽게 구할 수 있는 자원이기 때문에 배터리 생산 비용도 낮출 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.
하지만 현재 리튬황 배터리가 이같은 성능을 내기 위해서는 전해액이라는 액체가 다량 필요한 상황이다. 배터리의 두 전극 사이에 채워지는 전해액은 전자와 이온이 원활히 이동하는 다리 역할을 한다. 리튬황 배터리의 전해액은 전체 무게의 40%를 차지하고 있다.
전해액은 전극 재료(황)와 달리 단가도 높은 편이다. 에너지밀도가 높고 생산 비용을 낮출 수 있다는 리튬황 배터리의 장점을 살리기 위해서는 전해액의 양을 줄여야 한다.
연구팀은 '리튬 나이트레이트 염'이라는 물질을 전해액에 첨가하면 전자, 이온이 원래보다 4배 더 많이 녹아들 수 있다는 것을 발견했다. 이는 전해액의 양을 4분의 1로 줄여도 기존의 성능을 유지할 수 있다는 뜻이다.
김 교수는 "이번 연구를 통해 리튬황 배터리의 성능을 높이는 전해액의 설계 원리를 제시했다"며 "차세대 배터리 산업에 널리 응용되기를 기대한다"고 말했다.
이번 연구결과는 지난 2일 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 표지논문으로 실렸다.