드론 비행거리 불안 해소...中 연구진, 신형 리튬-황 배터리 개발

지난해 8월 20일 안후이(安徽)성 허페이(合肥)시 수산(蜀山)구 상공에서 드론이 택배를 배송하는 모습을 드론 사진에 담았다. (사진/신화통신)

[신화망 베이징 5월21일] 중국 연구팀이 리튬-황 배터리 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 접근 방식을 개발했다. 국제 학술지 '네이처'에 발표된 이번 연구는 향후 드론이 비행거리를 연장할 수 있는 기술적 돌파구로 평가받는다.

현재 대부분의 드론은 리튬-이온 배터리에 의존하고 있으나 그 에너지 밀도가 한계에 임박했다. 에너지 밀도는 단위 중량당 저장할 수 있는 전력량을 의미한다. 일반적으로 1㎏당 300Wh(와트시)를 밑돌아 비행시간을 제한하는 요인으로 지적된다.

리튬-황 배터리는 이론상 에너지 밀도가 높고 비용이 낮아 좋은 대안으로 꼽힌다. 그러나 실제 충·방전 과정에서 황이 복잡한 화학 반응을 거치며 다량의 가용성 중간체를 생성한다는 문제가 있다. 중간체들은 흩어지려는 경향이 있어 반응 속도를 늦추고 에너지 손실을 유발한다.

이에 칭화(清華)대학 선전(深圳)국제대학원 연구팀은 황 전기화학을 위한 '사전 매개체(premediator)'를 도입하는 새로운 해결책을 제시했다.

위 대학원 소속 저우광민(周光敏) 연구원은 이를 "배터리 내부에서 필요할 때까지 잠들어 있는 특수 첨가제"로 설명했다. 황 반응이 시작되면 해당 첨가제가 활성화돼 작동하기 시작한다는 것이다.

활성화된 분자는 가용성 중간체를 흩어지지 않게 붙잡는 동시에 전기 반응을 위한 빠른 통로를 형성해 전체 과정을 더욱 원활하고 효율적으로 만들어준다.

테스트 결과 신형 배터리는 800회의 충·방전 사이클 동안 안정적으로 작동하며 용량의 약 82%를 유지했다. 연구팀은 에너지 밀도가 1㎏당 549Wh에 달하는 실용적인 파우치셀 프로토타입도 제작했다. 현재 상용되는 드론 배터리의 거의 두 배 수준이다.

저우 연구원은 에너지 밀도가 높다는 것은 드론의 비행시간, 적재량, 작업 범위가 확대됨을 의미한다고 강조했다.

연구팀은 새로운 분자 설계 전략이 플로우 배터리, 리튬 금속 배터리를 넘어 배터리 재활용 공정 등 다른 분야로까지 확장·응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

원문 출처:신화통신 한국어 뉴스 서비스