고려대, '스킨 패시베이션' 적용 리튬-황 전지 음극 개발

고려대 KU-KIST융합대학원 윤영수 교수 연구팀이 전극 표면에 얇은 고분자 층을 입힌 리튬-황 전지용 음극을 구현했다. 맥신(MXene)에 폴리스티렌 나노입자를 섞어 진공 여과한 뒤 열처리로 나노입자를 제거해 3차원 다공성 호스트를 만들고, 그 겉면에 100 nm 두께의 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 박막(Skin-PASS)을 형성했다.

이 구조는 리튬 이온 수송 지수를 약 0.48에서 0.59로 높였고, 1~30 mA cm⁻² 전류 밀도 범위에서 16~204 mV의 과전압과 99.6%의 쿨롱 효율을 나타냈으며 1000회 이상 충·방전에서 성능이 유지됐다. 이를 적용한 리튬-황 전지는 황 양극 기준 에너지 밀도 2,100 Wh kg⁻¹, 300회 후 용량 유지율 70%를 기록했고, 파우치 셀에서는 전체 무게 기준 315 Wh kg⁻¹와 20회 후 94.7% 유지율을 보였다.

한국연구재단과 국가과학기술연구회 지원으로 수행된 연구는 'Advanced Functional Materials'에 8월 26일 온라인 게재됐다.