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[IT뉴스]도심항공교통 앞당길 차세대 '리튬황 전지' 수명 늘릴 보호막

온카뱅크관리자

2026-11-05 14:07:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 포스텍 
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 <img alt="무게가 가볍고 에너지밀도가 높아 도심항공교통(UAM)에 활용될 것으로 전망되는 리튬황 전지의 수명을 늘릴 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105135724997mbix.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="YNkB3Xu5Ls" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105135724997mbix.jpg" width="658">
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 무게가 가볍고 에너지밀도가 높아 도심항공교통(UAM)에 활용될 것으로 전망되는 리튬황 전지의 수명을 늘릴 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공
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 무게가 가볍고 에너지밀도가 높아 드론, 도심항공교통(UAM) 등 모빌리티 분야에 활용될 것으로 기대되는 '리튬황 전지'의 수명을 늘릴 기술이 개발됐다. 
 포스텍은 이상민 배터리공학과·신소재공학과 교수가 이끈 연구팀이 박준우 한국전기연구원 책임연구원과 함께 리튬황 전지의 수명 문제를 해결할 음극 보호막을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 9월 9일자에 게재했다고 5일 밝혔다. 
 리튬황 전지는 양극에 황(S)을 사용하고 음극엔 리튬(Li)을 사용한다. 황은 가벼우면서도 단위 질량당 저장할 수 있는 전하량이 많아 현재 리튬이온전지보다 더 많은 에너지를 담을 소재로 주목받는다. 
 리튬황 전지가 충전과 방전을 반복하는 동안 황 화합물인 '폴리설파이드(LiPSs)'가 생성된다. 폴리설파이드는 전해액에 녹아 양극과 음극 사이를 오간다. '셔틀 효과'라고 불리는 이 현상은 배터리 재료와 전해액을 손상시켜 리튬황 전지의 수명을 단축시킨다. 
 연구팀은 폴리설파이드를 한 곳에 잡아두어 전지의 손상을 줄이기 위해 스스로 전기장을 만드는 물질인 '강유전체'를 활용했다. 
 먼저 강유전체 고분자인 β-PVDF(poly(vinylidene fluoride))로 리튬 음극 위에 보호막을 씌웠다. 이어 높은 전압을 거는 '코로나 폴링(corona poling)' 공정으로 막 속의 작은 전기 극(쌍극자)들을 빗질하듯 한 방향으로 가지런히 세웠다. 
 불소를 입힌 질화붕소(FBN)를 더해 쌍극자의 정렬 상태가 쉽게 흐트러지지 않도록 했다. 정렬된 쌍극자에서 전기장이 형성됐다. 
 리튬이온은 양전하를, 폴리설파이드 이온은 음전하를 띤다. 연구팀은 보호막 내부에 형성된 전기장이 양전하를 띤 리튬이온을 음극 방향으로 이동시키고 음전하를 띤 폴리설파이드 이온은 밀어내도록 설계했다. 
 리튬이온의 이동은 원활하게 유지하면서 폴리설파이드가 음극에 접근하는 현상은 억제하는 기술을 활용해 개발한 리튬황 전지는 500번 충전과 방전을 반복한 뒤에도 처음 용량의 80.4%를 유지했다. 
 실제 제품과 비슷한 파우치셀에 적용했을 때 무게 1kg당 465와트시(Wh)의 에너지를 담았다. 
 이 교수는 "내부 전기장으로 이온이 움직이는 방향을 골라 조절하도록 설계한 것이 핵심"이라며 "적은 전해액과 높은 황 함량의 파우치셀 조건에서도 효과를 확인해 리튬-황 전지 실용화에 의미 있는 방향을 제시했다"라고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/aenm.71536
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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