고려대학교(총장 정진택) 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀 (제1저자: 김성준 박사)은 서울대학교와 서강대학교 교수팀과의 공동연구를 통해 그래핀 지지체의 형상 변화를 통해 철 단원자 전기촉매의 원자구조를 성공적으로 변경하고 리튬-황 전지의 산화환원 전환 반응을 촉진하여 리튬-황 전지의 전기화학적 성능을 크게 향상시켰다고 26일 발표했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 (Advanced Functional Materials)’ (IF=18.808)에 유럽 현지시각 1월 26일 게재됐다.

고려대학교 유승호 연구팀에 따르면 리튬이온전지보다 무게나 생산 단가를 낮출 수 있는 리튬-황 전지는 충·방전 속도와 장기적인 성능 확보에 어려움이 있어, 이에 높은 성능을 얻기 위해서는 황화물의 산화환원반응을 촉진하는 것이 매우 중요하다고 설명했다.

기존의 철 단원자 전기촉매는 연료전지의 산소환원반응을 위해 개발됐는데, 이번 연구에서는 이러한 전기촉매를 리튬-황 전지 시스템에 도입했다. 나아가, 기존의 그래핀 지지체에 고도로 주름진 형태를 도입하고, 이를 통해 전기화학 촉매 작용의 활성점인 철 단원자의 전자 구조를 변형하여 촉매 활성을 한 단계 더 향상 시켰다.

유승호 교수팀은 다양한 전기화학 분석을 이용하여 철 단원자 전기촉매의 향상된 전기화학 특성을 확인했으며, 우수한 리튬-황 전지 시스템을 구축하여 높은 성능의 이차전지 성능을 구현했다.

이번 연구에서는 15분 내로 완충될 수 있는 높은 충전 속도에서 300회 이상의 충·방전 과정 동안 안정적인 구동을 보였으며, 산업적으로 상용화가 가능한 기준에 맞추어 높은 활물질 양과 낮은 전해액 양에 따른 성능을 확인했고, 기존의 연료전지에서 주로 사용됐던 전기촉매가 이차전지에 적용될 수 있다는 가능성과 우수한 성능을 가진 리튬-황 전지 개발 가능성을 보여주었다.

유승호 고려대 교수는 “이번 연구는 전기화학촉매가 배터리 분야에도 활발히 활용될 수 있다는 가능성을 보여주었고, 앞으로 높은 활성의 전기화학촉매소재 개발이 리튬-황 전지를 비롯한 차세대전지의 성능을 높이는 데 큰 기여를 할 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

베타뉴스 강규수 기자 (health@betanews.net)
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