영남대학교(총장 최외출) 기계공학부 유기수 교수 연구팀이 전기자동차에 활용 가능한 차세대 배터리 기술을 개발했다. 기존 배터리보다 주행거리를 대폭 늘리고, 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 기술로, 전기차 대중화를 가속화 할 수 있을 것으로 기대된다. 

 최근 영남대 연구팀은 차세대 이차전지로 주목받고 있는 ‘리튬황(Lithium-Sulfur) 배터리’의 성능 향상에 관한 연구 결과를 발표했다. 리튬황 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 많은 에너지를 저장할 수 있는 이점이 있다. 리튬이온 배터리는 양극재로 니켈/코발트/망간/알루미늄 산화물을 사용하지만, 리튬황 배터리는 상대적으로 가벼운 황을 양극재로 사용하기 때문이다. 특히, 황은 자연계에서 쉽게 얻을 수 있는 물질로 저렴할 뿐만 아니라 친환경적이다. 하지만 리튬황 배터리는 충방전 수명이 짧고, 낮은 출력 특성 등의 문제가 있어 전기자동차, UAM(도심항공교통, Urban Air Mobility)과 같은 고출력이 필요한 시스템에 적용이 어려운 상황이다.

 영남대 연구팀은 바나딜에틸렌글리코산 유기-무기 하이브리드 구조체를 이용하여 리튬황 배터리의 장주기 충방전 수명 증대와 함께 출력 성능까지 높일 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 “이번에 개발한 양극재를 활용할 경우 리튬황 배터리의 실용화 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 특히 리튬황 배터리는 무게 대비 에너지 밀도가 높기 때문에 전기자동차와 UAM에 적용할 경우 주행거리와 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있을 것”이라고 연구성과를 밝혔다.

 또한 리튬황 배터리는 제조 공정상 유해 독성 중금속을 포함하지 않기 때문에 생산, 사용 및 폐기 과정에서 잠재적인 환경 문제를 줄일 수 있고, 양극재의 효율적인 회수 및 재사용이 가능해 지속가능한 순환경제에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 이번 연구는 한국연구재단 4단계 BK21사업 지원을 받아 수행되었으며, 영남대 대학원 기계공학부 박사과정에 재학 중인 샤오웨이(Xiao Wei) 씨가 제1저자, 유기수 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 ‘흡착성 및 산화-환원 고활성의 유기-무기 하이브리드 이중구조체 바나딜에틸렌글리코산염을 적용한 고효율 및 장수명 리튬-황 전지 개발’(The Dual-Site Adsorption and High Redox Activity Enabled by Hybrid Organic-Inorganic Vanadyl Ethylene Glycolate for High-Rate and Long-Durability Lithium-Sulfur Batteries)이라는 제목의 논문으로 나노기술 분야 세계적 학술지 <스몰>(Small, 영향력지수(IF) 15.153) 2023년 19권 20호 표지 논문으로 게재됐다. 

 영남대 기계공학부 친환경에너지시스템연구실(지도교수 유기수)은 배터리 물질부터 모듈/팩 시스템까지 배터리 분야에서 폭넓은 연구를 수행해 오며 세계적인 연구 성과를 내고 있다. 유기수 교수는 “일반적으로 배터리 연구는 물질 및 셀에 대한 연구와 시스템 분야로 나뉜다. 고성능의 배터리 물질과 셀을 개발해도 시스템 측면에서의 적용을 고려하지 못하면 산업적 파급력은 미미하다. 배터리팩에 대한 기계·전기적 거동을 정확히 이해하고 신뢰성과 안전성이 높은 시스템을 구성하기 위해서는 배터리 셀 단위의 전기화학적 분석과 물질 및 재료의 특성 파악이 우선 되어야 한다”면서 “고용량, 고출력을 가지는 차세대 배터리에 대한 재료와 물질에 대한 기초연구를 수행함과 동시에, 산업적 활용성을 높일 수 있는 모듈/팩 시스템 연계 연구를 지속해 나갈 계획이다”고 했다.

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