이정규 동아대 교수팀, 고성능 '리튬-황 전고체전지' 개발

고용량·고효율 전지 기술 구현...국제학술지에 논문 게재
전기차·드론·로봇 등 고안전·고에너지 IT기기 응용 기대

권태혁 기자 | 2025.04.07 17:03

이정규 동아대 화학공학과 교수(왼쪽 사진), 제1저자 카루푸 무루게산 박사./사진제공=동아대

동아대학교는 최근 이정규 화학공학과 교수 연구팀이 차세대 리튬-황 전고체전지를 고성능으로 구현한 연구성과를 발표했다고 7일 밝혔다. 제1저자는 카루푸 무루게산 박사, 공저자는 배정우·손찬식 대학원생이다.

리튬-황 이차전지는 저비용으로 고에너지를 내는 차세대 전지로 주목받고 있다. 하지만 황의 낮은 전도성과 액체 전해질 기반에서 발생하는 리튬폴리설파이드 용출 문제 등으로 인해 이론 용량(1675 mAh/gs) 및 충방전 효율(>99%) 확보가 어렵다는 한계가 있다.

이 교수팀은 액체 전해질이 아닌 고체 전해질을 기반으로 한 리튬-황 전고체전지를 설계했다. 이어 원천특허 기술을 활용해 직경 10nm 수준의 미세 기공을 가진 탄소 입자 내부에 황을 균일하게 담지하고, 소량의 탄소나노튜브를 도전제로 첨가해 '복합체 양극물질'을 개발했다.

연구팀은 또 용액 혼합법을 적용해 양극물질과 황화물계 전고체전해질 간 계면 안정성을 확보하는 데 성공했다. 그 결과 황의 이론 용량에 근접한 고용량(1550 mAh/gs↑)과 99.9%의 충방전 효율을 300회 사이클까지 유지할 수 있었다.

이 교수는 "리튬-황 전고체전지는 기존 고가 금속산화물 양극 기반 리튬이차전지에 비해 원재료 단가가 낮고, 안정성과 에너지 밀도 면에서 우수하다"며 "전기자동차는 물론 드론, 로봇 등 다양한 IT 기기 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 전망했다.

한편 이번 연구는 과기정통부 산하 과학기술사업화진흥원의 '차세대 유망 Seed 기술실용화 패스트트랙사업'과 한국에너지기술평가원의 '에너지인력양성사업' 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 'Chemical Engineering Journal'(IF=13.4, JCR 상위 3.7%)에 게재됐다.