전기차 1000km, 스마트폰 5일 사용하는 ‘리튬-황 배터리’ 개발

▲출처: pxhere

전기자동차 주행거리를 1000km 이상으로 늘릴 수 있는 리튬-황 배터리(Lithium-Sulfur Battery)를 호주 모나쉬대학(Monash University)  연구팀이 개발했다. 

리튬-황 배터리는 기존 리튬-이온 배터리(Lithium-Ion Battery)보다 5배 이상 성능이다. 가령 스마트폰 경우 한번 충전에 약 5일간 사용 가능하다. 

연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴스'에 논문명 ‘리튬-황 전지의 초고부하 황음극의 안정적인 사이클링을 위한 팽창강성 구조(Expansion-tolerant architectures for stable cycling of ultrahigh-loading sulfur cathodes in lithium-sulfur batteries)’으로 1월 3일(현지시각) 게재됐다.   

▲Evaluation of the binder-filler interactions. [출처: advances.sciencemag.org]

대부분의 상용 배터리는 리튬-이온으로 스마트폰 등 각종 기기에서 반복 충전하는 용도로 사용되고 있다. 하지만 리튬이온 배터리 수명은 약 500회 충·방전 시 배터리 성능이 급격하게 떨어지는 단점이 있다.

리튬-황 배터리도 에너지 밀도가 높고 전력을 오래 공급할 수 있어 일부 항공기와 자동차에서 이용되고 있다. 하지만 리튬-황 배터리는 리튬-이온보다 수명이 훨씬 짧은 경향이 있다. 그 이유는 황의 절연성 및 금속성 리튬 양극의 열화로 인해 부피 변화를 일으켜 용량 저하 및 충전 주기 단축을 가져오는 커다란 단점이 있다.

모나쉬대학 마흐도크트 샤이바니(Mahdokht Shaibani) 교수팀은 전반적인 성능 저하 없이 부피 변화를 견딜 수 있도록 황 음극 설계를 재구성 했다. 그러자 기존 리튬-이온 배터리의 5배 성능이 나왔다. 특히 200번 이상 충·방전에도 99%의 배터리 효율을 유지했다. 

샤이바니 교수는 “현재 이 기술 수준은 이미 상용화 직전 단계에 와 있다”며, “새로운 배터리에 대한 특허를 획득했으며, 올해 말에 배터리 프로토타입을 추가 테스트할 예정”이라고 밝혔다.

유황은 자원량이 풍부하고 저렴해 전기자동차를 비롯한 배터리의 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다. 

김들풀 기자 itnews@