바이오 물질 바인더 적용, 전기차·드론 배터리의 화재 위험 해소 기대
2025년까지 상용화 목표

경상국립대 에너지공학과 정현영 교수 연구팀(체라얀 센틸 박사, 정현영 교수, 김선식 석사/ 왼쪽부터).경상국립대 제공

정현영 교수 연구팀이 개발한 리튬-황 전지의 작동원리와 불에 타지 않는 전극 개념도. 경상국립대 제공

경상국립대(총장 권순기)는 융합기술공과대학 에너지공학과 정현영 교수 연구팀이 바이오 고분자 바인더를 적용해 불에 타지 않는 고성능 리튬-황 전지를 개발했다고 11일 밝혔다.

리튬-황 전지는 정부의 ‘K-배터리 발전 전략’에 따른 차세대 이차전지 1등 기술력 확보를 위한 중요 전략 가운데 하나다. 2025년까지 상용화하는 것을 목표로 민관의 역량을 총집결하는 연구개발(R＆D) 핵심 분야다.

정 교수팀이 개발한 바이오 바인더는 리튬-황 전지가 갖는 폴리설파이드 용출 및 충전·방전 시의 부피 팽창 문제를 극복하고, 동시에 배터리가 가질 수 있는 화재 위험성을 차단, 성능과 안전성이라는 ‘두 마리 토끼를 한 번에 잡은’ 우수한 연구로 평가받고 있다.

이번 연구는 관련분야 최상위 국제 학술지 ≪네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)≫(IF=14.919) 최신호에 ‘바이오 고분자 바인더를 이용한 불타지 않는 고성능 리튬-황 전지’라는 제목으로 게재됐다.

연구팀은 3000종 이상의 트래거캔스 가운데 유황전극에 적합한 바이오소재를 양자계산을 통해 이론적으로 입증하고, 리튬-황 전지에 적용해 1239mAh/g의 높은 용량을 구현했다. 이는 리튬-이온 전지와 상용화된 바인더를 적용한 리튬-황 전지보다 약 5배 향상된 값이며, 또한 수명은 1000회 동안 안정적인 성능을 나타냈다.

특히, 개발된 전극은 180도 구부려도 작동되며 불에서도 타지 않는 특성을 보여 극한의 상황에서 작동 가능한 획기적인 연구 결과로 평가됐다.

제1저자인 첸라얀 센틸(Chenrayan Senthil) 박사는 “황 전극에 적합한 새로운 바인더를 개발, 리튬-황 전지의 문제점을 해결하려고 노력했다”며 “이번 연구가 리튬-황 전지의 상용화에 중요한 첫걸음이 되었으면 한다”고 연구 의미를 밝혔다.

교신저자인 정현영 교수는 “이차전지의 선도기술을 확보하기 위한 경쟁이 가속화하고 있는 시점에 이번에 개발한 기술이 전기자동차, 드론 등의 고성능 첨단기기에 적용 가능한 차세대 리튬-황 전지 연구로 이어지는 이정표가 되기를 바란다”고 기대했다.

이 연구는 과학기술정보통신부/한국연구재단의 기초연구실 지원사업과, 교육부/한국연구재단의 지역대학우수과학자 지원사업 후속연구의 지원을 받아 수행됐다.

이선규 기자 sunq17@busan.com