화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀,

고속충전 가능한 차세대 리튬 배터리 ‘야누스’ 전극 개발

- 삼성미래기술육성사업 지원, 기존 리튬 이온전지 대비 40% 향상된 용량 특성 달성 -

▲ (왼쪽부터) 문준혁 교수, 권동휘 박사 

화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀은 차세대 리튬 전지를 위한 ‘야누스’ 전극을 개발하였다. 해당 연구성과는 지난 2월 2일 (수) 에너지 분야의 저명한 국제학술지 ‘나노 에너지 (Nano Energy)’(임팩트 팩터: 17.881)에 게재되었다. 

본 연구는 삼성전자 미래기술육성센터에서 지원하는 ‘삼성미래기술육성사업’의 지원으로 수행되었으며, 문준혁 교수(교신저자)와 권동휘 박사(제1저자, 본교 화공생명공학과 학·석·박사 졸업, 현 리하이대학교 post-doc)의 주도로 이루어졌다.

차세대 리튬 전지로 잘 알려진 리튬-황 전지는 기존 리튬이온전지에 비해 약 5배의 높은 에너지 밀도로 각광받았으나 부도체 특성을 갖는 황의 느린 충·방전 반응이 단점으로 지적되어왔다. 이에 문준혁 교수팀은 탄소나노튜브와 몰리브덴산화물(MoO3)이 각각 입자의 표면의 절반씩 차지하는 입자를 제작 ‘야누스’ 입자를 개발하여 이를 획기적으로 개선하였다.

‘야누스’ 입자는 로마신화의 앞, 뒤 두 얼굴을 가진 야누스 신의 이름을 본뜬 것으로 탄소나노튜브에 의한 높은 전기전도도와 몰리브덴 산화물에 의한 충·방전 반응의 촉진 기능을 한 입자 내에 동시에 가져, 리튬-황 전지의 산화 환원 반응을 배가할 수 있다. 문준혁 교수 연구팀은 ‘야누스’ 입자로 이루어진 전극을 이용하여 6분 내 완전 충전 조건에서 기존 리튬이온전지 대비 40% 향상된 용량 특성을 달성하였다.

▲ 야누스 입자를 포함하는 리튬-황 전지, 야누스 입자의 전자 현미경 사진  

(녹색은 몰리브덴 산화물을 나타내고, 붉은색은 탄소를 나타냄) 

▶ 논문명: Exploring the Janus structure to improve kinetics in sulfur conversion of Li-S batteries

▶ 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106980