충북대학교(총장 고창섭) 공업화학과 조중상 교수 연구팀이 진행한 연구결과가 슈프링어(Springer)에서 발간하는 저명한 국제학술지인 'Advanced Composites and Hybrid Materials(재료과학분야 상위 1.8%, 평균인용지수(IF) 20.1)'에 게재됐다.

이번 연구는 그래핀과 Sb2Se2.2 나노결정으로 구성된 3차원 구조체를 차세대 리튬-황 전지로 적용한 결과로, 4.0C[1.0C=1675 mA/g]의 높은 전류밀도에서 천번이 넘는 충방전에도 불구하고 90% 이상의 용량 유지율과 높은 출력 및 수명 성능을 보였다.

이는 기존의 상용 리튬이온 전지를 대체할 수 있는 차세대전지로서 리튬-황 전지의 상용화를 위한 새로운 구조체적 접근법을 성공적으로 제시한 연구로 평가받는다. 

연구를 통해 Sb2Se2.2 나노결정에 결함을 생성시킴으로써 리튬 폴리설파이드가 강한 정전기적 인력에 의해 전해질로 용출되는 것이 억제됐고 이로써 매우 긴 수명 특성을 나타낼 수 있었다.

또한 중공 구조 전체에 개방형 기공을 도입함으로써 전해질 침투를 용이하게 해 전하 종의 확산속도를 더욱 향상시킬 수 있었다.

특히 전기전도성과 물리적 강도가 높은 그래핀 프레임워크가 구조체의 견고함을 향상시키고 빠른 이온/전자 전달을 위한 수많은 경로를 만들어 뛰어난 출력 및 수명 성능 또한 얻을 수 있었다. 

해당 연구에서 제시한 결함을 통한 재료의 열역학적 에너지 제어 메커니즘이 적용된 구조체는 이차전지 뿐만 아니라 센서, 촉매 등 다양한 분야로의 확장 적용이 가능할 것으로 평가받는다.

한편 이 연구는 한국연구재단 집단연구사업인 지역혁신 선도연구센터(RLRC)사업과 스마트 에너지 인력양성 사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구진으로는 임동희 환경공학과 교수와 공동연구로 진행됐으며, 사로하 라케시 박사후연구원, 이재섭(박사 3년), 조성우(석사 2년), 환경공학과 신동윤 박사후연구원이 참여했다.

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