KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 리튬-황 배터리 약점 해결할 신소재 개발

  • 맑음문경25.3℃
  • 맑음수원22.8℃
  • 맑음정읍23.5℃
  • 맑음대관령19.6℃
  • 맑음의성26.0℃
  • 맑음울진20.3℃
  • 맑음영천25.5℃
  • 맑음고창군23.3℃
  • 맑음보은24.1℃
  • 맑음장흥21.9℃
  • 맑음부안22.5℃
  • 맑음동두천22.7℃
  • 맑음전주24.8℃
  • 맑음동해27.9℃
  • 맑음안동25.5℃
  • 맑음고창23.0℃
  • 맑음북춘천23.9℃
  • 맑음완도24.5℃
  • 맑음봉화23.7℃
  • 맑음대전24.7℃
  • 맑음인천20.0℃
  • 맑음흑산도20.4℃
  • 맑음밀양27.1℃
  • 맑음포항26.6℃
  • 맑음광양시23.7℃
  • 구름많음청주25.4℃
  • 맑음강릉27.5℃
  • 맑음부산20.9℃
  • 맑음원주23.7℃
  • 맑음서산21.0℃
  • 맑음영월23.6℃
  • 맑음상주25.8℃
  • 맑음임실24.7℃
  • 맑음함양군26.8℃
  • 맑음진주22.9℃
  • 맑음광주25.9℃
  • 맑음순창군25.3℃
  • 맑음북부산21.9℃
  • 맑음파주21.9℃
  • 맑음충주24.7℃
  • 맑음합천26.6℃
  • 맑음영광군22.4℃
  • 맑음홍천24.3℃
  • 맑음부여23.4℃
  • 맑음양평24.5℃
  • 맑음김해시21.8℃
  • 맑음강화19.5℃
  • 맑음고흥22.3℃
  • 맑음청송군25.5℃
  • 맑음영주24.1℃
  • 맑음양산시23.2℃
  • 맑음대구27.1℃
  • 맑음추풍령24.4℃
  • 맑음제주22.4℃
  • 맑음울산21.7℃
  • 맑음백령도16.1℃
  • 맑음춘천24.1℃
  • 맑음속초26.2℃
  • 맑음남해21.8℃
  • 맑음보령19.8℃
  • 맑음서청주24.5℃
  • 맑음울릉도19.0℃
  • 맑음경주시26.7℃
  • 맑음북창원24.7℃
  • 맑음제천22.8℃
  • 맑음강진군22.7℃
  • 맑음목포21.6℃
  • 맑음금산24.3℃
  • 맑음세종24.8℃
  • 맑음창원23.4℃
  • 맑음순천23.0℃
  • 맑음군산21.0℃
  • 맑음철원22.9℃
  • 맑음북강릉26.0℃
  • 맑음의령군25.6℃
  • 맑음남원25.3℃
  • 맑음영덕26.1℃
  • 맑음고산19.6℃
  • 맑음산청24.6℃
  • 맑음통영21.7℃
  • 맑음성산21.0℃
  • 맑음인제22.6℃
  • 맑음장수23.6℃
  • 맑음보성군22.9℃
  • 맑음홍성21.3℃
  • 맑음서귀포21.5℃
  • 맑음구미27.3℃
  • 맑음이천25.1℃
  • 맑음진도군22.0℃
  • 맑음태백21.7℃
  • 맑음정선군24.6℃
  • 맑음거창26.5℃
  • 맑음여수20.4℃
  • 맑음거제20.4℃
  • 맑음천안24.1℃
  • 맑음서울22.9℃
  • 맑음해남22.6℃

포스텍 연구팀, 리튬-황 배터리 약점 해결할 신소재 개발

장영태 기자
기사승인 : 2025-11-19 09:47:25
새는 배터리, '주석'으로 막는다...셔틀링 효과 억제 성공
차세대 고용량 이차전지 상용화에 한 걸음 다가서는 효과

포스텍 연구팀이 새어 나가는 에너지를 막는 '마개' 역할의 촉매를 개발했다.

 

▲ 포스텍 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수. [포스텍 제공]

 

포스텍은 화학공학과·배터리공학과 김원배·조창신 교수, 화학공학과 통합과정 박관현 씨, 산디아 라니 망기셰티 박사 공동연구팀이 주석 금속-카본 복합 촉매를 개발, 이를 리튬-황 전지 양극 촉매로 적용해 높은 에너지 저장 성능과 효율을 구현하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

 

이번 연구성과는 국제 학술지 '스몰' 겉표지 논문으로 게재됐다.

 

리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지보다 밀도가 높아 훨씬 많은 에너지를 담을 수 있어 '꿈의 배터리'로 불린다.

 

그러나 충·방전 과정에서 황이 전해질 속으로 녹아 사라지는 '셔틀링 효과' 때문에 전지의 성능과 수명을 동시에 떨어지는 치명적 문제가 있었다. 이는 차세대 전지의 상용화에 가장 큰 걸림돌로 지적되어 왔다.

 

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 주석 금속과 탄소를 결합한 새로운 촉매를 만들었다. 질소·붕소가 동시에 도핑된 그래핀 나노시트와 탄소 나노튜브를 합성해 이를 주석 미세 입자와 결합시킨 '주석-카본 복합 촉매'다.

 

▲ 포스텍 화학공학과·배터리공학과 조창신 교수. [포스텍 제공]

 

이 촉매는 전자의 흐름을 원활하게 하고 반응이 잘 일어나는 표면을 제공해 배터리 내부에서 황 성분이 안정적으로 반응할 수 있도록 돕는다.

 

그 결과, 전해질-촉매-도전재 간의 '3상 계면'이 효과적으로 구축되어, 용해성 폴리설파이드의 전환 반응과 리튬 설파이드(Li₂S) 증착 반응이 크게 개선됐다.

 

▲ 3상 계면에서의 리튬-황 전지의 반응 메커니즘과 주석 금속-카본 복합 촉매에서의 반응 모식도. [포스텍 제공]

 

이번 연구의 차별점은 실험적 검증과 더불어 수학적 모델링을 적용했다는 점이다. 연구팀은 리튬 설파이드가 형성되는 과정을 수학적으로 계산해 촉매의 성능을 정량적으로 평가했으며, 이를 실험 결과와 비교·분석함으로써 촉매 성능 판단을 위한 새로운 기준을 제시했다.

 

김원배 교수는 "이번 연구는 리튬-황 전지의 핵심 문제인 셔틀링 효과를 완화할 수 있는 새로운 촉매를 개발했을 뿐 아니라, 촉매 성능을 수학적으로 평가할 수 있는 방법까지 마련했다"며 "차세대 고용량 이차전지 상용화에 한 걸음 더 다가서는 성과"라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]