KIC News, Volume 20, No. 4, 2017
KIC News, Volume 20, No. 4, 2017 77
오사카대, 고용량, 장수명을 겸비한 리튬-유황 이차전지용 양극 개발에 성공 - 리튬 이온 배터리를 능가하는 차세대 축전지의 실현 기대 -
일본 오사카대학(大阪府立大学) 대학원 공학연구과 타츠미사고 마사히로(辰巳砂 昌弘)교수 등의 연구그 룹은 JST ‘차세대 축전지(ALCA-SPRING)’ 연구의 일환으로, 차세대 축전 장치인 리튬-유황 이차전지를 실현하는 것을 목표로 황화리튬 기반의 고용체와 황화물 고체 전해질을 조합하여 양극의 용량 및 수명을 비약적으로 향상시키는데 성공했다.
리튬-유황 이차전지는 기존 리튬 이온 전지에 비래 높은 이론 에너지 밀도를 갖고 있기 때문에 차세대 축전 장치로 주목받고 있다. 그러나 전극 반응시 중간 반응 생성물인 다황화 리튬이 유기 전해액으로 용출 되어 전지 용량이 저하되는 문제가 있었다. 또한 Li+ 이온 저장 재료인 황화리튬(Li2S) 자신이 절연체이기 때문에 가역 용량이 작아, 기존의 리튬 이온 전지를 능가하는 리튬-유황 이차전지의 구축에 Li2S 양극 재 료의 고용량화가 요구되었다.
연구진은 다황화 리튬 용출의 근본적 방지와 함께, Li2S의 고용량화를 목적으로 황화물 고체 전해질과 Li2S 기반의 고용체를 조합한 양극을 개발했다. 그 양극은 Li2S의 이론 용량과 거의 동등한 1100 mAhg-1 이상의 가역 용량을 나타냈으며, 충방전 반복 시험에서는 2000사이클 동안 용량 저하가 관찰되지 않아 장 수명화를 실현했다. 리튬-유황 이차전지는 세계적으로 연구 개발이 격화되고 있으나 아직 실용화에는 이 르지 못하고 있다. 본 연구의 성과는 지금까지 보고된 Li2S 양극에서 가장 높은 용량과 우수한 사이클 수명 을 달성한 것으로 리튬-유황 이차전지 실현 가능성을 세계 최초로 제시한 것이다. 실현될 경우 더 높은 용 량 및 긴 수명을 갖는 휴대용 전자 기기와 가정용 분산 전원, 비상 전원의 개발에 크게 기여할 것으로 기대 된다.
본 연구 성과는 2017년 5월 24일 Advanced Sustainable Systems에 게재되었다(※발표논문참조).
※발표논문 : Takashi Hakari, Akitoshi Hayashi, Masahiro Tatsumisago, “Li2S-Based Solid Solutions as Positive Electrodes with Full Utilization and Super-Long Cycle Life in All-Solid-State Li/S Batteries”, Advanced Sustainable Systems, 24 May 2017
DOI: 10.1002/adsu.201700017
Figure. 양극, 음극, 유기 전해액으로 구성된 기존의 리튬-유황 전지(왼쪽)와 Li
2S 기반 고용체와 황화물 고체 전해질을조합한 양극으로 구성된 전고체전지(오른쪽).
출처 : 2017.07.24. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20170524/index.html) 작성 : 허 훈 (한국생산기술연구원)
