충북대학교(총장 김수갑) 공업화학과 사로하 라케시(박사 후 연구원, 지도교수 조중상)씨가 진행한 연구가 존 와일리 앤 선즈(Wiley)에서 발간하는 저명한 학술지 스몰메소즈(Small methods, impact factor:14.188) 6월호에 게재 확정됐으며, 연구 결과의 중요성을 인정받아 표지논문으로 선정되는 쾌거를 거뒀다.

이 논문은 “Nanofibers Comprising Interconnected Chain-like Hollow N-Doped C Nanocages as 3D Free-Standing Cathodes for Li-S Batteries with Super-High Sulfur Content and Lean Electrolyte/Sulfur Ratio(높은 황 함량 및 미량의 전해질 활용의 리튬-황 전지용 독립형 양극소재를 위한 상호 연결된 중공형 질소 도핑 탄소 나노케이지 복합 다공성 나노섬유의 설계)”의 연구다.

이 연구는 중공형 질소 도핑 탄소 나노케이지가 복합된 다공성 나노섬유를 설계하여 리튬-황 전지의 황 담지체로 적용 시 높은 면적당 용량을 보고했다. 또한 14.3 mg cm-2의 높은 활물질 로딩과 83 wt.%의 높은 황 함량, 6.8 μL mg-1의 미량의 전해질을 사용한 가혹한 조건에서도 130번의 충 방전 후 5.5 mA h cm-2의 높은 면적당 용량을 지속적으로 유지했다.

이는, 중공형 및 다공구조의 질소 도핑 탄소 나노케이지가 많은 양의 활물질을 담지할 충분한 공간을 제공할 뿐만 아니라 충 방전동안 발생하는 활물질의 극심한 체적변화를 효과적으로 억제했기 때문이다. 또한 리튬이온 및 전자의 빠른 확산을 위한 높은 전도성 경로를 제공하여 가혹한 조건에서도 높은 면적당 용량을 나타낼 수 있었다.

본 결과는 상용 리튬 이온전지를 대체가능한 리튬-황 전지의 실현가능성을 새로운 구조체적 접근법으로 제시했다는 점에서 의의가 있다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 재원으로 기초연구실지원사업 및 지역대학우수과학자지원사업, 기업수요맞춤형 이차전지 전문인력 양성사업의 지원을 받아 수행됐다.