서강대 연구팀 개발 ‘야누스’, 리튬황 전지 단점 극복…네티즌 “얼른 상용화되길”

야누스 입자를 포함하는 리튬황 전지/야누스 입자 전자 현미경 사진. 녹색은 몰리브덴 산화물, 붉은색은 탄소. (사진 = 서강대학교)

휴대전화 한 대를 완충하는 데 6분밖에 걸리지 않을 정도의 배터리 고속 충전 기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 차세대 배터리 개발 경쟁에 한창인 국내 산업계에 희망을 주고 있다.

8일 연합뉴스 등의 보도에 따르면 서강대학교 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀은 차세대 리튬 배터리의 충전 속도를 획기적으로 높이는 ‘야누스’(Janus) 전극을 개발했다.

이번에 개발한 ‘야누스’는 탄소나노튜브(CNT)와 몰리브덴 산화물(MoO3)을 표면에 절반씩 입힌 입자로 만든 전극이다. 앞뒤에 두 개의 다른 얼굴을 지닌 로마신화의 신 야누스에서 이름을 따왔다.

야누스는 리튬황 배터리의 충‧방전 속도를 획기적으로 빨라지게 할 수 있는 입자다. 리튬황 배터리는 리튬을 음극 소재로, 황을 양극 소재로 쓴 배터리로, 전고체 배터리와 함께 대표적인 차세대 배터리로 주목받는 배터리다.

황이 무게가 가벼운데다 쉽게 구할 수 있는 원소이므로 경량화가 가능하고, 제조 단가는 저렴하면서도, 에너지 밀도는 기존 리튬이온 배터리보다 다섯 배(이론적으로는 8배)나 높다는 장점이 있다.

경량화뿐 아니라 소형화도 가능해 드론 기술 고도화는 물론 UAM(도심항공모빌리티)의 상용화를 앞당길 핵심 기술로 각광받고 있으며, 원하는 모양으로 구부릴 수 있는 플렉서블(flexible) 배터리로도 개발이 가능한 것으로 전망되고 있다.

다만, 황이 부도체이기 때문에 지니는 낮은 전도도, 느린 충‧방전 속도, 충‧방전 시 부피 변화로 수명이 짧은 점 등의 단점을 극복해야 한다.

문준혁 교수(왼쪽)와 권동휘 박사. (사진 = 문준혁 교수)

이번에 문 교수팀이 개발한 ‘야누스’는 리튬황 전지의 충‧방전 속도와 관련된 문제를 해결할 수 있는 기술이어서 주목된다. 연구진은 높은 전기 전도도를 가진 탄소나노튜브와 충·방전 반응을 촉진하는 몰리브덴 산화물이 동시에 한 입자에 포함되면서 리튬황 전지의 산화 환원 반응이 빨라졌다고 설명했다.

문 교수는 “일반적인 휴대전화 한 대를 충전하는 데 기존의 고속 충전기로 1시간 정도 걸렸다면, 야누스 전극을 사용할 경우 완충 시간이 6분 정도로 줄어들게 된다”고 말했다.

교신저자인 문 교수와 제1저자인 권동휘 박사(미국 리하이대 박사후연구원 과정)가 주도한 이번 연구는 삼성전자의 ‘삼성 미래기술 육성사업’ 지원으로 이뤄졌다. 연구 논문은 이달 2일 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’(Nano Energy)에 게재됐다.

‘야누스’ 개발과 관련된 소식에 네티즌들은 “6분에 완충? 대박”, “얼른 상용화 됐으면 좋겠다”, “리튬이온에서 탈피해야 하는데 상용화로 이어지길”, “전 세계가 차세대 배터리 개발 경쟁하는데 우리가 앞서가면 좋겠다” 등 높은 기대감을 드러냈다.

< 문화경제 윤지원 기자 >