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

  • 흐림흑산도15.7℃
  • 구름많음인제8.2℃
  • 비서귀포18.0℃
  • 구름많음속초15.2℃
  • 흐림성산18.4℃
  • 흐림대전11.9℃
  • 흐림양산시14.4℃
  • 흐림철원11.0℃
  • 흐림진주10.8℃
  • 흐림영광군14.2℃
  • 흐림태백10.3℃
  • 구름많음북춘천9.6℃
  • 흐림영천9.9℃
  • 흐림경주시11.4℃
  • 비제주16.5℃
  • 흐림동해15.8℃
  • 흐림보령15.5℃
  • 흐림전주13.0℃
  • 흐림거창8.3℃
  • 구름많음이천10.1℃
  • 흐림보성군14.2℃
  • 흐림울산15.3℃
  • 흐림상주8.6℃
  • 흐림정선군7.2℃
  • 흐림북창원12.7℃
  • 흐림천안12.0℃
  • 흐림산청9.1℃
  • 흐림북부산14.8℃
  • 흐림합천10.4℃
  • 흐림장흥13.9℃
  • 흐림여수13.7℃
  • 구름많음동두천13.0℃
  • 흐림진도군13.9℃
  • 흐림장수9.4℃
  • 흐림부산17.5℃
  • 박무백령도15.3℃
  • 흐림보은9.6℃
  • 흐림추풍령10.7℃
  • 흐림충주10.3℃
  • 흐림순창군10.0℃
  • 흐림밀양11.4℃
  • 구름많음춘천9.7℃
  • 구름많음북강릉16.7℃
  • 흐림고산16.6℃
  • 흐림남해12.9℃
  • 흐림울진14.3℃
  • 흐림문경9.9℃
  • 흐림순천10.4℃
  • 흐림구미9.4℃
  • 흐림정읍12.3℃
  • 흐림의성9.0℃
  • 흐림청송군7.5℃
  • 흐림금산10.3℃
  • 흐림파주11.3℃
  • 흐림영덕14.3℃
  • 흐림대구10.9℃
  • 흐림제천8.8℃
  • 구름많음서울13.8℃
  • 구름많음서산13.8℃
  • 구름많음인천14.6℃
  • 흐림광양시14.5℃
  • 흐림창원12.9℃
  • 흐림청주11.3℃
  • 흐림해남13.8℃
  • 구름많음강릉16.0℃
  • 흐림거제15.2℃
  • 구름많음강화13.1℃
  • 흐림영주10.0℃
  • 흐림함양군8.4℃
  • 흐림김해시13.4℃
  • 구름많음홍천8.4℃
  • 구름많음울릉도16.5℃
  • 구름많음양평10.0℃
  • 흐림세종11.6℃
  • 흐림포항14.1℃
  • 흐림목포13.1℃
  • 흐림대관령8.5℃
  • 흐림강진군14.1℃
  • 흐림고흥13.5℃
  • 흐림군산12.9℃
  • 흐림부안12.6℃
  • 흐림원주9.9℃
  • 흐림남원9.9℃
  • 흐림고창12.7℃
  • 흐림임실10.7℃
  • 흐림안동8.4℃
  • 흐림의령군9.4℃
  • 흐림부여12.2℃
  • 흐림통영15.4℃
  • 흐림완도13.6℃
  • 흐림광주13.6℃
  • 흐림서청주10.7℃
  • 흐림고창군12.9℃
  • 흐림영월8.4℃
  • 박무홍성11.9℃
  • 구름많음수원13.1℃
  • 흐림봉화8.6℃

포스텍 연구팀, 리튬-황 배터리 약점 해결할 신소재 개발

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
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]