전기차를 타는 분들이나 스마트폰을 쓰는 분들의 가장 큰 고민은 역시 '배터리'입니다. 더 오래 쓰고 싶고, 더 가벼웠으면 좋겠다는 생각은 누구나 하죠. 현재 우리가 흔히 쓰는 리튬이온 배터리는 성능이 한계에 다다랐다는 평가를 받고 있습니다. 그래서 전 세계 과학자들은 리튬이온보다 2배 이상 많은 에너지를 담을 수 있는 '차세대 배터리' 경쟁에 뛰어들었습니다.

그중에서도 가장 주목받는 것이 바로 리튬-황 배터리입니다. 이름 그대로 황을 재료로 쓰는데, 가격도 싸고 가벼워서 꿈의 배터리로 불리죠. 하지만 치명적인 단점이 하나 있었습니다. 배터리를 충전하고 방전하는 과정에서 황이 전극 사이를 마치 '셔틀버스'처럼 왔다 갔다 하며 배터리 수명을 깎아먹는 '셔틀 현상'이 발생하기 때문입니다. 그런데 최근 한양대학교 임희대 교수팀이 이 고질적인 문제를 해결할 획기적인 분리막을 개발했다는 소식이 전해졌습니다.

\"가지 마!\" 전기적 반발로 막아낸 '셔틀 현상'

리튬-황 배터리에서 발생하는 '셔틀 현상'을 쉽게 설명하면 이렇습니다. 배터리 안에서 황이 리튬과 만나 '리튬 폴리설파이드'라는 물질로 변하는데, 이 녀석이 고체 상태로 가만히 있지 않고 전해액에 녹아버립니다. 그리고는 반대편 전극으로 도망가 버리죠. 이렇게 황이 사라지면 배터리 용량은 순식간에 줄어듭니다.

기존에는 이 이동을 막으려고 분리막에 아주 작은 구멍을 내거나 물리적인 벽을 세우려 노력했습니다. 하지만 입자가 워낙 작아 완벽히 막기는 힘들었죠. 한양대 임희대 교수팀은 여기서 발상의 전환을 했습니다. 억지로 가두는 게 아니라, 전기의 힘으로 밀어내는 방식을 선택한 것입니다.

연구팀은 분리막 표면에 음전하(마이너스 성질)를 띠는 얇은 층을 코팅했습니다. 도망가려는 리튬 폴리설파이드 역시 마이너스 성질을 띠고 있거든요. 같은 자석의 극끼리 밀어내듯, 전기의 힘으로 황 입자를 튕겨낸 것이죠. 물리적인 벽은 뚫릴 수 있어도, 전기가 밀어내는 힘은 훨씬 더 촘촘하고 강력한 방어막 역할을 하게 됩니다.

우리 삶은 어떻게 변할까?

이번 연구 결과는 단순히 실험실 안의 성과로 끝나지 않을 것으로 보입니다. 현재 환율이 1,500원을 넘나들고 국제 유가가 배럴당 90달러를 웃도는 고물가 시대에, 에너지 효율을 높이는 기술은 그 어느 때보다 가치가 높기 때문이죠.

만약 리튬-황 배터리가 상용화된다면 당장 전기차 주행거리가 획기적으로 늘어날 수 있습니다. 지금은 한 번 충전에 400~500km를 간다면, 800km 이상을 달리는 것도 꿈이 아닙니다. 또한 황은 니켈이나 코발트보다 훨씬 구하기 쉽고 저렴합니다. 배터리 가격이 내려가면 자연스럽게 전기차 가격도 낮아질 수 있겠죠.

특히 가벼운 무게 덕분에 드론이나 '플라잉 카'라고 불리는 도심항공모빌리티(UAM) 분야에서 이 배터리는 필수적입니다. 무거운 배터리를 싣고 하늘을 나는 건 비효율적이기 때문입니다. 한양대 연구팀의 이번 성과가 K-배터리의 경쟁력을 다시 한번 입증한 셈입니다.

물론 아직 대량 생산까지는 넘어야 할 산이 남아있을 것입니다. 하지만 가장 고질적인 문제였던 '셔틀 현상'을 전기의 힘으로 해결했다는 점은 배터리 산업의 물줄기를 바꿀 중요한 변곡점이 될 것으로 보입니다. 우리가 타고 다니는 자동차의 심장이 황으로 바뀌는 날이 생각보다 가까이 와 있을지도 모르겠네요.

전기차를 타는 분들이나 스마트폰을 쓰는 분들의 가장 큰 고민은 역시 '배터리'입니다. 더 오래 쓰고 싶고, 더 가벼웠으면 좋겠다는 생각은 누구나 하죠. 현재 우리가 흔히 쓰는 리튬이온 배터리는 성능이 한계에 다다랐다는 평가를 받고 있습니다. 그래서 전 세계 과학자들은 리튬이온보다 2배 이상 많은 에너지를 담을 수 있는 '차세대 배터리' 경쟁에 뛰어들었습니다.

그중에서도 가장 주목받는 것이 바로 리튬-황 배터리입니다. 이름 그대로 황을 재료로 쓰는데, 가격도 싸고 가벼워서 꿈의 배터리로 불리죠. 하지만 치명적인 단점이 하나 있었습니다. 배터리를 충전하고 방전하는 과정에서 황이 전극 사이를 마치 '셔틀버스'처럼 왔다 갔다 하며 배터리 수명을 깎아먹는 '셔틀 현상'이 발생하기 때문입니다. 그런데 최근 한양대학교 임희대 교수팀이 이 고질적인 문제를 해결할 획기적인 분리막을 개발했다는 소식이 전해졌습니다.

\"가지 마!\" 전기적 반발로 막아낸 '셔틀 현상'

리튬-황 배터리에서 발생하는 '셔틀 현상'을 쉽게 설명하면 이렇습니다. 배터리 안에서 황이 리튬과 만나 '리튬 폴리설파이드'라는 물질로 변하는데, 이 녀석이 고체 상태로 가만히 있지 않고 전해액에 녹아버립니다. 그리고는 반대편 전극으로 도망가 버리죠. 이렇게 황이 사라지면 배터리 용량은 순식간에 줄어듭니다.

기존에는 이 이동을 막으려고 분리막에 아주 작은 구멍을 내거나 물리적인 벽을 세우려 노력했습니다. 하지만 입자가 워낙 작아 완벽히 막기는 힘들었죠. 한양대 임희대 교수팀은 여기서 발상의 전환을 했습니다. 억지로 가두는 게 아니라, 전기의 힘으로 밀어내는 방식을 선택한 것입니다.

연구팀은 분리막 표면에 음전하(마이너스 성질)를 띠는 얇은 층을 코팅했습니다. 도망가려는 리튬 폴리설파이드 역시 마이너스 성질을 띠고 있거든요. 같은 자석의 극끼리 밀어내듯, 전기의 힘으로 황 입자를 튕겨낸 것이죠. 물리적인 벽은 뚫릴 수 있어도, 전기가 밀어내는 힘은 훨씬 더 촘촘하고 강력한 방어막 역할을 하게 됩니다.

우리 삶은 어떻게 변할까?

이번 연구 결과는 단순히 실험실 안의 성과로 끝나지 않을 것으로 보입니다. 현재 환율이 1,500원을 넘나들고 국제 유가가 배럴당 90달러를 웃도는 고물가 시대에, 에너지 효율을 높이는 기술은 그 어느 때보다 가치가 높기 때문이죠.

만약 리튬-황 배터리가 상용화된다면 당장 전기차 주행거리가 획기적으로 늘어날 수 있습니다. 지금은 한 번 충전에 400~500km를 간다면, 800km 이상을 달리는 것도 꿈이 아닙니다. 또한 황은 니켈이나 코발트보다 훨씬 구하기 쉽고 저렴합니다. 배터리 가격이 내려가면 자연스럽게 전기차 가격도 낮아질 수 있겠죠.

특히 가벼운 무게 덕분에 드론이나 '플라잉 카'라고 불리는 도심항공모빌리티(UAM) 분야에서 이 배터리는 필수적입니다. 무거운 배터리를 싣고 하늘을 나는 건 비효율적이기 때문입니다. 한양대 연구팀의 이번 성과가 K-배터리의 경쟁력을 다시 한번 입증한 셈입니다.

물론 아직 대량 생산까지는 넘어야 할 산이 남아있을 것입니다. 하지만 가장 고질적인 문제였던 '셔틀 현상'을 전기의 힘으로 해결했다는 점은 배터리 산업의 물줄기를 바꿀 중요한 변곡점이 될 것으로 보입니다. 우리가 타고 다니는 자동차의 심장이 황으로 바뀌는 날이 생각보다 가까이 와 있을지도 모르겠네요.