고려대, 차세대 배터리 ‘리튬-텔루륨 전지’ 수명 저하 원인 규명

[이데일리 김응열 기자] 국내 연구진이 차세대 배터리로 꼽히는 ‘리튬-텔루륨 전지’의 수명을 단축시키는 원인을 규명하고 성능을 개선하는 데 성공했다.

(왼쪽부터)고려대 배터리-스마트팩토리학과 최효열 석박사통합과정, 화공생명공학과 김미현 박사, 텍사스A&M대학교 이치호 박사후연구원(이상 공동 제1저자), 고려대 화공생명공학과 유승호 교수, 미국 오하이오주립대 권상일 교수(이상 공동 교신저자). (사진=고려대)

고려대는 화공생명공학과·배터리-스마트팩토리학과의 유승호 교수 연구팀이 리튬-텔루륨 전지의 성능 저하 원인을 밝히고 수명을 늘렸다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 미국 오하이오주립대학교 화학생물공학과의 권상일 교수 연구팀과 함께 진행됐다.

전지 양극 소재로서 황은 무게당 용량은 크지만 전기 전도도가 낮아 고속 충전이 어렵다는 문제가 있다. 반면 텔루륨은 높은 부피당 용량을 가지면서도 황보다 전기 전도성이 높아 빠른 전극 반응에 유리하다.

그러나 텔루륨을 양극 소재로 사용한 ‘리튬-텔루륨 전지’는 충·방전을 반복할 경우 수명이 단축되는 한계가 있다. 충·방전 과정에서 생성되는 용해성 중간물질이 양극과 음극 사이를 이동하는 ‘셔틀 현상’이 발생하는데 이 현상이 전지의 수명을 단축시키는 것이다.

연구팀은 전지 성능 저하 원인을 정확히 규명하고자 최첨단 방사광 엑스선(X-ray)을 이용한 오페란도 분석 기법을 적용했다. 이를 통해 충·방전 과정에서 고체 결정이 형성되고 이러한 고체 결정이 성능을 떨어뜨리는 원인 중 하나라는 점을 규명했다.

이에 연구팀은 충전 시 전류의 세기를 단계적으로 조절해 고체 결정의 형성을 최소화하는 방안을 제시했다. 또 30회 충·방전 후에도 기존보다 약 9배 높은 방전용량을 유지해 배터리 수명(사이클 성능)을 향상시켰다.

유승호 교수는 “이번 연구를 통해 다양한 차세대 전지의 반응 메커니즘을 이해하는 데에 기여할 것”이라며 “훗날 차세대 전지 개발에도 도움이 될 것”이라고 말했다.