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[IT뉴스]'꿈의 배터리' 리튬황 전지서 새는 에너지 막는 촉매

온카뱅크관리자

2025-11-19 11:17:31

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="0TWiYWOci6">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d62cab948aad0f318d8a6a6994e647f644d0fab8cbe7281f4972933b906a9f92" dmcf-pid="pyYnGYIki8" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="전기차 꿈의 배터리로 주목받는 리튬-황 전지. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/19/dongascience/20251119110942585sbyj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3qMZRM2uMP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/19/dongascience/20251119110942585sbyj.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            전기차 꿈의 배터리로 주목받는 리튬-황 전지. 게티이미지뱅크 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="0b443c39bd9f8c8ea85997b465aecffcfc4fe7cec01541a085d8545fab299834" dmcf-pid="UWGLHGCEd4" dmcf-ptype="general">배터리에서 새어나가는 에너지를 막는 촉매가 개발됐다. 차세대 고용량 이차전지 상용화에 한 걸음 더 다가서는 성과라는 평가가 나온다. </p>
          <p contents-hash="7898d3c9241b82694878292257a29d2a2e15f0b1afe65dc42dc0316e3f9c0fe3" dmcf-pid="uYHoXHhDMf" dmcf-ptype="general">포스텍은 김원배·조창신 화학공학과·배터리공학과 교수, 박관현 화학공학과 통합과정생, 산디아 라니 망기셰티 박사후연구원 연구팀이 주석 금속-카본 복합 촉매를 개발해 리튬-황 전지 양극 촉매로 적용해 높은 에너지 저장 성능과 효율을 구현하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 연구성과는 우수성을 인정받아 국제 학술지 ‘스몰(Small)’ 표지(front cover) 논문으로 지난 13일(현지시간) 게재됐다. </p>
          <p contents-hash="828d02b3e864eeacee91cb6bb1adb608728d6b6ef24af5aa84352f8f35959bba" dmcf-pid="7GXgZXlwLV" dmcf-ptype="general">전기차 '꿈의 배터리'로 주목받는 리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지보다 밀도가 높아 훨씬 많은 에너지를 담을 수 있다. 충·방전 과정에서 황이 전해질 속으로 녹아 사라지는 ‘셔틀링 효과’ 때문에 전지의 성능과 수명이 동시에 떨어지는 치명적 한계가 있다.</p>
          <p contents-hash="bd2d01a57ea57379d986edf68347ab97e2b40286abd5d6c330b1759ca7da9fa6" dmcf-pid="zHZa5ZSrJ2" dmcf-ptype="general">셔틀링 효과란 배터리 안에서 황 성분이 새어 나와 성능을 망가뜨리는 현상이다. 연료가 새는 자동차가 제 성능을 내지 못하는 것처럼 차세대 전지 상용화에 가장 큰 걸림돌로 지적됐다.</p>
          <p contents-hash="df878ef3d08cb79cc75330723e9026f39c4f886a0e1c4cbbb6f3836dd04b77d8" dmcf-pid="qajqAjd8L9" dmcf-ptype="general">연구팀은 주석 금속과 탄소를 결합한 새로운 촉매를 만들었다. 질소·붕소가 동시에 도핑된 그래핀 나노시트와 탄소 나노튜브를 합성해 주석 미세 입자와 결합시킨 주석-카본 복합 촉매를 만들었다. 개발한 촉매는 전자의 흐름을 원활하게 하고 반응이 잘 일어나는 표면을 제공해 배터리 내부에서 황 성분이 안정적으로 반응할 수 있도록 돕는다. </p>
          <p contents-hash="ad036a34fe94321817f5647d12a80fd75ff4bdf9b6411b808a73fa5c3a3429c4" dmcf-pid="BNABcAJ6RK" dmcf-ptype="general">촉매를 배터리에 적용한 결과 전해질-촉매-도전재 간의 ‘3상 계면(three-phase interface)’이 효과적으로 구축됐다. 3상 계면이란 배터리 안에서 전기화학 반응이 일으키는 전해질-촉매-도전재가 만나는 접점이다.</p>
          <p contents-hash="d4fc6dc8c7068faf89ffb16bcdb367ab2f489bd3cb328f6f254c942d6139433f" dmcf-pid="bjcbkciPLb" dmcf-ptype="general">용해성 폴리설파이드의 전환 반응과 리튬 설파이드(Li₂S) 증착 반응이 크게 개선됐다. 폴리설파이드는 리튬-황 전지 내에서 황과 리튬이 반응하며 전해질에서 녹아 만들어지는 황화합물이다. 황화합물이 전해질 내에서 이리저리 떠다니다가 전극에 붙였다 떨어지며 셔틀링 효과를 일으킨다.</p>
          <p contents-hash="f87597f344e552eea3fbb3e22f6610c86ecd1ed7db9afe56ca7cd65c01fe709a" dmcf-pid="KAkKEknQdB" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 촉매를 적용하자 황화합물이 떠다니지 않고 제 자리에서 더 정확히 반응하게 된 것이다. 리튬 설파이드는 용해성 폴리설파이드의 변형 물질이다. 촉매가 리튬 설파이드가 전극 표면에 균일하고 얇게 잘 달라붙어 배터리 성능을 높였다는 의미다. </p>
          <p contents-hash="fbad6c7dde72436711a194f5519f1669c55aefd7c5d36e6388256965026d63e4" dmcf-pid="9cE9DELxMq" dmcf-ptype="general">연구팀은 실험에 수학적 모델링을 적용하기도 했다. 연구팀은 리튬 설파이드가 형성되는 과정을 수학적으로 계산해 촉매의 성능을 정량적으로 평가했으며 실험 결과와 비교·분석함으로써 촉매 성능 판단을 위한 새로운 기준을 제시했다.</p>
          <p contents-hash="713fa928a7d7cce334984e7ab5510b7f520731fd8264bee1c3ed63acac66e3aa" dmcf-pid="2kD2wDoMez" dmcf-ptype="general">김원배 교수는 “연구는 리튬-황 전지의 핵심 문제인 셔틀링 효과를 완화할 수 있는 새로운 촉매를 개발했을 뿐 아니라 촉매 성능을 수학적으로 평가할 수 있는 방법까지 마련했다”며 “차세대 고용량 이차전지 상용화에 한 걸음 더 다가서는 성과”라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="9d8f6a271b0c40fc37d6c953ad56e4f7f6bccf80760f0984be277118dca9d9e2" dmcf-pid="VEwVrwgRM7" dmcf-ptype="general">&lt;참고자료&gt;<br> -https://doi.org/10.1002/smll.202503534</p>
          <p contents-hash="d550e1c6b33d7a2973020b69d0107aec9e0ea120d41d948feff698d578001694" dmcf-pid="fDrfmraeeu" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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