성신여대, 리튬-황 전지 성능·수명 ‘동시’ 잡는 전해액 설계 기술 확보…국제 학술지 표지 장식

- 신규 헤테로고리 전해액 용매 설계 기술 개발

- 리튬 금속 및 리튬-황 전지 계면 불안정성 해결

- 국제 학술지 'Journal of Materials Chemistry A' 논문&표지 커버 게재

[비욘드포스트 이봉진 기자] 성신여자대학교(총장 이성근)는 화학·에너지융합학부 신민정 교수 연구팀이 차세대 이차전지로 주목받는 리튬 금속 및 리튬-황 전지의 수명과 성능을 동시에 획기적으로 향상시키는 신기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

이번 연구 성과는 에너지·재료 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 게재됐으며, 논문의 우수성을 인정받아 해당 저널의 전면 표지(Front Cover) 논문으로 선정되는 쾌거를 거뒀다. 해당 학술지는 인용지수(Impact Factor) 9.5를 기록하며 JCR 상위 13%에 속하는 저명한 저널이다.
리튬-황 전지는 기존 리튬이온 전지 대비 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 차세대 전지 시스템으로 각광받고 있다. 그러나 전해액과 전극 사이에서 발생하는 불안정한 계면 반응으로 인해 배터리의 수명이 단축되고 안정성이 저하되는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적되어 왔다.

이에 신민정 교수 연구팀은 신규 ‘헤테로고리(Heterocyclic)’ 화합물을 전해액 용매로 도입하는 새로운 설계 전략을 제시했다. 연구팀은 리튬 이온의 용매화 구조와 계면 화학을 정밀하게 제어함으로써 이러한 난제를 해결했다.

연구팀이 개발한 기술은 전해액 내 용매화 구조를 조절하여 리튬 금속 음극 표면에 안정적인 고체전해질계면(SEI)을 형성하도록 유도한다. 동시에 황 양극 반응의 가역성을 크게 개선함으로써, 차세대 고에너지 밀도 전지가 안고 있던 고질적인 계면 불안정 문제를 해소할 중요한 단서를 제공했다는 평가를 받는다.
이번 연구의 제1저자인 하유빈 연구원은 연구 전반을 주도하며 실험 설계 및 수행, 데이터 분석, 논문 작성까지 핵심 역할을 담당했다.

성신여대 신민정 교수는 “이번 연구는 배터리 성능과 수명을 좌우하는 전해액을 새롭게 설계함으로써 리튬 금속과 리튬-황 전지의 안정성을 동시에 높일 수 있음을 확인한 데 의미가 있다”며, “기존 전지에서 반복적으로 발생하던 성능 저하 문제를 전해액 설계 관점에서 해결할 수 있는 가능성을 보여주었다”고 밝혔다.

bjlee@beyondpost.co.kr