한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수팀이 차세대 리튬 황 전지의 에너지 밀도를 높이는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

리튬 황 전지는 전기자동차 등에 많이 쓰는 기존 리튬이온 전지보다 이론 용량이 4배 이상 높아 장시간 이용할 수 있는 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 전해액(이온 전도성을 갖는 액체) 함량이 너무 많아 에너지 밀도를 높이는 데 한계가 있다.

리튬 황 전지 내 황이 방전되고 난 뒤 남은 '리튬 폴리 설파이드'(Lithium poly sulfide)라는 물질이 빠른 충·방전을 가능하게 하는데, 전해액을 너무 많이 줄이면 리튬 폴리 설파이드의 용해량이 감소해 용량과 출력이 떨어지는 문제가 발생한다.

또 음극 소재인 리튬 금속이 전해액을 분해하는 현상도 전해액 함량이 낮을수록 심해진다.

연구팀은 전자 공여(다른 화합물에 전자를 전달하는 성질) 능력이 우수한 '리튬 나이트레이트 염'을 전해액에 주입하면 리튬 폴리 설파이드의 용해도를 높일 수 있다는 사실을 확인했다.

동시에 리튬 금속의 전해질 분해 현상도 억제할 수 있음을 밝혔다.

이를 통해 고가의 전해액 사용량을 4분의 1 수준으로 줄일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김희탁 교수는 "황 양극과 리튬금속 음극의 성능을 동시에 높일 수 있는 전해액 설계 원리를 제시했다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced energy materials) 지난 2일 자에 실렸다.