작성일 : 19-02-02 17:56
이진우 KAIST 교수팀 한정우 포스텍(POSTECH) 교수와 공동연구 , 다공성 구조의 황 담지체 개발 , '리튬-황 이차전지' 성능 향상···전기차 시대 '성큼'
 글쓴이 : happy
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합성된 계층형 다공성 티타늄질화물 전자현미경 사진.<사진=KAIST 제공 >합성된 계층형 다공성 티타늄질화물 전자현미경 사진.<사진=KAIST 제공>

국내 연구진이 대용량 에너지를 효율적으로 제어할 수 있는 이차전지의 핵심기술을 개발했다.  이에 따라 전기차 발전에 속도를 더할 것으로 기대된다.

KAIST(총장 신성철)는 이진우 교수팀이 서로 다른 크기의 기공을 갖는 구조와 무기소재 합성으로 '리튬-황 이차전지'의 성능을 높이는데 성공했다고 27일 밝혔다. 이번 연구는 한정우 포스텍(POSTECH) 교수와 공동연구로 진행됐다.

리튬-황 이차전지높은 에너지 밀도와 황의 낮은 가격으로 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 하지만 황의 낮은 전기 전도도, 충·방전 과정의 문제, 활성 문제 등으로 상용화가 어렵다. 이를 해결하기 위해 황을 안정적으로 담을 수 있는 그릇인 '황 담지체'연구들이 이뤄지고 있다.

극성 표면 무기소재는 황과 화학반응이 우수하고, 황 전환반응을 빠르게해 안정성·속도를 향상시켜 최근 주목받는 소재이다. 하지만 무기소재는 구조적 특성제어가 어렵다. 이번 연구는 독창적인 합성법 개발로 한계점을 극복했다.

연구팀은 서로 다른 크기의 두 기공을 갖는 다공성 구조 '티타늄질화물'을 개발했다. 50㎚이상 크기의 매크로 기공과 50㎚이하의 메조 기공을 동시에 지닌 계층형 다공성 구조의 합성법을 고안한 것이다. 합성된 티타늄질화물은 황 담지체로 활용됐다. 

티타늄질화물은 황과의 화학반응이 강하고, 전기 전도도가 높다. 이는 충·방전 과정에서 황이 전극에서 빠져나가는 것을 막는다. 또한 황의 전기화학적 산화·환원 반응을 빠르게 한다. 연구팀은 이 특성과 계층형 다공성 구조를 활용해, 리튬-황 이차전지의 긴 수명과 높은 속도를 구현했다.

이진우 교수 "리튬-황 이차전지는 여전히 문제점이 많아 이를 해결하기 위한 연구가 지속돼야 한다"며 "이번 연구를 통해 안정적인 수명을 지닌 양극 소재 개발의 독보적인 기술을 확보했다"고 말했다.

한편, 이번 연구는 임원광 석박과정이 제 1저자로 참여했다. 연구 결과는 재료과학분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 지난 15일자 표지논문에 게재됐다.

계층형 다공성 티타늄질화물 합성전략 모식도.<사진 = KAIST 제공 >계층형 다공성 티타늄질화물 합성전략 모식도.<사진 = KAIST 제공>