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호주 기반의 전기차 메이커 '브라이썬(Brighsun)'는 최근 언론을 통해 2차 전지 보다 에너지 밀도가 5∼8배 이상인 리튬황(Li-S) 배터리 개발에 성공했다고 발표했다. 이 리튬황 배터리가 실용화되면 전기차는 한 번 충전으로 2,000km에 달하는 거리를 주행할 수 있게 된다.

리튬황 전지는 이론적으로 리튬 이온 전지보다 약 6배 이상 높은 에너지 밀도를 가져 차세대 고용량 리튬 이차전지로 각광받고 있다. 하지만 황의 전기전도도가 낮고, 충전과 방전으로 인한 부피 변화, 반응 생성물인 리튬 폴리설파이드가 전해질에 녹는 현상 등이 있어 상용화의 걸림돌이 돼 왔다.

2018년에 국내의 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김도경 교수팀과 포스텍 이진우 교수팀들도 리튬황 배터리 소재 개발에 성공한 바 있다. 그러나 국내 리튬황 배터리 기술은 아직 상용화 단계에 있는 것으로 보이지 않으며, 브라이썬의 기술이 가장 앞서 있는 것으로 분석되고 있다.

브라이썬 에너지 과학자들의 약 8년 간의 연구를 통해 탄생한 이 리튬황 배터리는 최근 실용화 단계를 밟기 위해 막바지 실험에 한 창인 것으로 전해지고 있다. 검사와 검증을 실시하는 스위스 인증 서비스 기업 SGS 시험 결과에 따르면 브라이트썬 배터리는 내구성이 매우 높은 것이 특징이다.

완충 상태에서 완전 방전하기까지의 2C 사용 환경에서 약 1,700회 충방전을 해도 공장 출하 시 91% 성능을 유지할 수 있다. 이는 충전 1회당 용량 소모가 0.01% 밖에 안 된다는 것을 의미한다. 또한 완충 상태에서 12분간 완전 방전하는 5C의 극한의 상황에서도 1,000회 충방전 후 74%의 성능을 유지했다.

리튬황 배터리는 음극에 리튬, 양국에 유황을 사용함으로써 질량당 에너지량이 매우 높고 비교적 가볍다는 장점이 있어 많은 기업들이 연구를 진행하고 있는 실정이다.

그러나 황의 전기전도도가 낮고, 충전과 방전으로 인한 부피 변화, 반응 생성물인 리튬 폴리설파이드가 전해질에 녹는 현상 등의 문제로 성능이 극단적으로 저하되고 수명이 짧아지는 문제가 그동안 실용화의 걸림돌이 돼 왔다.

브라이썬은 이 같은 문제를 유황의 음극에서 폴리 황화물 생성을 방지하고, 양극에서 리튬 수지상 성장을 효과적으로 억제하는 특허 기술로 실용화가 가능한 리튬황 배터리 개발에 성공했다는 입장이다. 

특히 리튬황 배터리는 매우 흔한 유황을 저비용으로 이용해 개발할 수 있기 때문에 배터리 가격을 1kWh당 100호주 달러(약 7만9천원) 정도 낮출 수 있다는 것도 빼놓을 수 없는 장점이다.

현재 브라이썬은 리튬황 배터리 대량 생산을 위해 투자기관과 협의를 진행하고 있으며 2020년 말에 제조 시설을 구축할 전망이다. 앞으로 국내에서도 브라이썬의 리튬황 배터리에 대항할 수 있는 차세대 배터리가 탄생할 수 있기를 기대해 본다.