서강대학교(총장 심종혁) 서강대학교(총장 심종혁) 문준혁 교수(화공생명공학과) 연구팀은 차세대 리튬-황 전지를 위한 고성능 ‘코발트 이원계산화물’ 양극 소재를 규명하였다.

해당 연구성과는 3월 2일자로 저명 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)’(임팩트 팩터: 19.069)에 온라인 게재되었다.

리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지에 비해 2~3배 높은 에너지 밀도 구현이 가능할 것으로 기대되는 차세대 전지이지만, 충·방전 중 양극에서 생성되는 리튬 폴리설파이드의 용해 현상에 의한 전해액 오염으로 이론적 에너지 밀도에 못 미치고 있다. 이를 해결하기 위해 전 세계 연구진은 리튬 폴리설파이드를 강하게 흡착하여 용해를 억제하는 기능성 양극 재료를 개발하고 있다.

관련하여 문준혁 교수 연구팀은 코발트 기반 이원계 산화물을 통해 다양한 흡착성을 구현하고, 중간 수준의 흡착성을 갖는 코발트-망간 산화물에서 가장 높은 에너지 밀도를 얻었다. 해당 전극은 6분 내 완전 충전 조건에서 기존 리튬이온전지 대비 60% 향상된 용량을 달성하였다.

문준혁 교수는 “기존의 리튬-황 전지에 관한 연구가 강한 흡착성의 양극재에 단순하게 의존해왔다면, 이번 연구는 정밀하게 제어된 흡착성을 갖는 양극이 필요하다는 것을 확인했다는 데에 의의가 있다”라고 전했다. 

본 연구는 김기원 박사(서강대학교, 제1저자)와 문준혁 교수(교신저자)의 주도로 이루어졌으며, 한국연구재단 중견연구과제의 지원으로 이루어졌다.

논문명 : The polysulfide-cathode binding energy landscape for lithium sulfide growth in lithium-sulfur batteries

논문링크: https://doi.org/10.1002/advs.202206057