전해액 용매 설계기술 개발…리튬-황 전지 수명 한계 극복
▲Journal of Materials Chemistry A 저널 표지(왼쪽)와 신규 헤테로 고리 화합물 전해액 기반 리튬-황 전지의 반응 메커니즘 도식(오른쪽 위), 연구 책임자 신민정 교수와 제1저자 하유빈 연구원. 사진=성신여자대학교
국내 연구진이 차세대 이차전지의 수명 한계를 극복할 전해액 용매 설계 기술을 개발했다.
13일 성신여자대학교에 따르면, 동대학 화학·에너지융합학부 신민정 교수 연구팀은 리튬 금속 및 리튬-황 전지의 계면 안정성과 전기화학적 성능을 동시에 향상시키는 신규 헤테로고리 전해액 용매 설계 기술 개발에 성공했다.
이번 연구 성과는 에너지·재료 분야 국제 학술지 'Journal of Materials Chemistry A(Impact Factor 9.5, JCR 상위 13%)'에 게재됐으며, 논문의 우수성을 인정받아 저널 표지를 장식하는 쾌거도 함께 거뒀다.
연구팀은 이번 연구에서 전해액의 용매화 구조를 정밀하게 제어함으로써 리튬 금속 음극의 안정적인 고체전해질계면(SEI) 형성과 황 양극 반응의 가역성을 동시에 개선하고, 차세대 고에너지 밀도 전지에서 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 중요한 단서를 제시했다.
기존 리튬-황 전지는 높은 에너지 밀도로 차세대 이차전지로 주목받고 있으나 전해액과 전극 사이의 불안정한 계면 반응으로 인해 수명과 안정성 확보에 한계가 존재했다.
이에 연구팀은 신규 헤테로고리 전해액 용매를 도입하고 리튬 이온의 용매화 구조와 계면 화학을 정밀하게 제어하는 전해액 설계 전략을 제시해 리튬-황 전지 수명을 개선하는 성과를 거뒀다.
이번 연구의 제1저자인 하유빈 연구원은 연구 전반을 주도하며 실험 설계 및 수행, 데이터 분석, 논문 작성까지 핵심 역할을 담당했다.
신민정 성신여대 교수는 “이번 연구는 배터리 성능과 수명을 좌우하는 전해액을 새롭게 설계함으로써 리튬 금속과 리튬-황 전지의 안정성을 동시에 높일 수 있음을 확인한 데 의미가 있다"며 “기존 전지에서 반복적으로 발생하던 성능 저하 문제를 전해액 설계 관점에서 해결할 수 있는 가능성을 보여줬다"고 밝혔다.
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