UNIST가 값싼 친환경 소재 프러시안계 물질(Prussian Blue analogues, PBAs)을 이용해 새로운 고체 전해질을 개발했다. 전고체 이차전지 상용화에 기여할 전망이다.
UNIST(총장 이용훈)는 이현욱·정성균 에너지화학공학과 교수팀이 서동화 KAIST 교수팀과 공동으로 PBAs를 이용한 고체 전해질을 만들고, 이 고체 전해질을 이용해 상온에서 구동하는 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다고 26일 밝혔다.
PBAs는 18세기부터 사용된 청색 염료 물질이다. 현재 나트륨 이차전지 핵심소재인 양극활물질(양극재)로 많이 쓰인다. 폭넓은 이온 전도 채널에 쉽게 합성할 수 있고 구조적으로 안정되며 값이 싸다. 이러한 장점과 함께 전이 금속에 따라 그 특성도 바뀐다.
공동 연구팀은 PBAs의 이러한 특성이 이온 전도도를 높일 수 있다고 판단했다. 전이금속 종류를 변경해 이온 전도변화 추이를 관찰하고 전이금속 크기에 따라 이온채널 크기도 달라지는 것을 확인했다. 큰 이온채널을 가진 물질이 높은 이온 전도성을 띠었다.
이어 양극과 음극 활물질 계면 안정성을 분석해 가장 적합한 물질 군을 선별했다. 전이금속 이온의 종류에 따라 이온 전도도와 계면 안정성에 차이가 발생한다.
이러한 연구 결과를 바탕으로 망간계 PBAs를 도출하고, 이를 이용해 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다. 개발 전지를 시험한 결과, 상온에서 0.1㎳/㎝급 나트륨 이온전도도를 띠어 고체 전해질로서의 가능성을 지닌 것을 확인했다.
이현욱 교수는 “대기 안정성이 우수하고 상온 제작공정이 가능한 새로운 고체 전해질”이라며 “기존 황화물, 산화물, 할라이드계로 제한됐던 고체 전해질 연구 범위를 대폭 확대하는 계기가 될 것”이라 말했다.
이번 연구는 UNIST 미래 선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견 연계 신진 후속 사업의 지원을 받았다. 연구결과는 '앙게반떼 케미' 8월 28일자 온라인에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com