국제엔지니어그룹이 개발에 성공한 ‘리튬-황배터리’. 사진=기술 전문매체 ‘Tech Xplore’

중국과 독일 등 국제엔지니어그룹이 현재 개발 중인 전고체배터리보다 훨씬 우수한 성능의 초미래형 ‘리튬-황배터리’ 개발에 성공했다.

기술 전문매체 ‘Tech Xplore’에 따르면 중국과 독일 등 다국적 기관이 협력한 국제 전문가 집단이 풍부한 유황과 붕소, 리튬, 인, 요오드를 활용, 고체 전해질 역할을 하는 ‘유리와 같은 혼합물’ 개발에 성공했다. 연구 결과는 최근 ‘Nature’에 게재됐다.

고체 다공성 구조인 이 물질은 산화환원 반응을 통한 전자의 이동 속도를 대폭 높였고 2만5000회의 충전-방전 사이클 후에도 용량의 80% 이상을 유지했다. 현재 시중에 출시된 리튬이온배터리의 경우 1000회의 사이클만 거치면 성능이 급격히 떨어진다.

연구팀은 “배터리를 더 작고 가볍게 만들기 위해 리튬을 고정할 더 나은 소재로 품질이 좋고 공급이 풍부하며 비용이 낮은 유황을 선택했다”며 “처음에는 유황과 리튬의 반응이 이온 손실을 초래하고 팽창하는 경향이 있어 배터리 수명이 매우 짧은 단점이 발견돼 수천 번의 충전 주기를 거치면서 시행착오 끝에 다른 배터리보다 더 오래 지속되고 비용이 저렴한 ‘리튬-황 배터리’ 개발에 성공했다”고 밝혔다.

특히 연구팀은 유황, 붕소, 리튬, 인, 요오드 등으로 다공성 원자 구조의 혼합물 전극을 만들어 고온에 노출돼도 전혀 문제없이 빠르게 충전할 수 있는 배터리 개발에 성공했다. 다공성 원자구조는 중간체의 이동 없이도 이온 확산이 자유롭고 빠른 것이 특징이다.

한편 연구팀은 이번에 개발에 성공한 ‘리튬-황배터리’의 에너지 밀도 개선과 함께 무게를 줄이기 위해 혼합에 사용할 다른 재료를 찾는 노력에 집중한다는 계획이다.

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