본 기술은 레피도크로사이트 구조의 산화 티타늄 등 박리된 2차원 금속 산화물 나노시트 위에서 황 나노입자를 직접 성장시킨 리튬-황 배터리용 나노복합체입니다. 나노시트가 황의 호스트이자 리튬 폴리설파이드 흡착체 역할을 함께 수행합니다.
리튬-황 배터리는 방전 중 생기는 리튬 폴리설파이드가 전해질에 녹아 양극과 음극 사이를 오가는 셔틀 효과로 활물질이 계속 손실되었습니다. 그 결과 쿨롱 효율이 낮고 용량이 급격히 줄었으며, 황을 많이 담을수록 성능 저하가 더욱 심해지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 과소 배위된 Ti 종에서 비롯된 루이스 산성을 가진 티타네이트 나노시트를 도입해 폴리설파이드를 티오설페이트·폴리티오네이트 복합체로 전환시켜 강하게 붙잡습니다. 황이 나노시트 표면에서 직접 자라 접촉이 긴밀하며, 복합체 100 중량부 대비 황 함량을 80 중량부 이상으로 높여도 사이클이 안정적으로 유지됩니다. 드론·도심항공모빌리티용 경량 배터리, 고에너지밀도 리튬-황 파우치 셀, 웨어러블 전원에 적용될 수 있어 황 고함량 전극에서도 폴리설파이드 용해를 화학적으로 막아 무게당 에너지밀도와 용량 유지율을 함께 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 혼성계면 화학구조 연구센터 지원을 통해 개발되었습니다.
US11145859B2, WO2019-083274A2
