국내 연구진이 전고체 나트륨 2차전지 개발에 성공했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱, 정성균 교수팀은 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수팀과 상온에서도 구동하는 전고체 나트륨 2차전지를 개발했다.
연구팀은 18세기부터 청색 염료로 사용된 친환경 물질인 프러시안계 물질(PBAs: Prussian Blue Analogues)을 고체 전해질로 활용했다.
프러시안계 물질은 나트륨 2차전지 핵심 소재인 양극활물질(양극재)로 흔히 사용되며 넓은 이온 전도 채널을 가지고 있고 쉽게 합성할 수 있다.
또 구조적으로 안정적이며 저가일 뿐만 아니라 전이금속에 따라 특성이 달라지는 특징이 있다.
연구팀은 프러시안계 물질의 고유 특성이 이온전도도를 높일 수 있다고 판단하고 전이금속 종류를 변경하면서 이온 전도의 변화 추이를 관찰했으며 전이금속 크기에 따라 이온 채널 크기가 달라지는 것을 확인했다.
큰 이온 채널을 가진 물질은 높은 이온 전도성을 보이는 것을 규명한 것으로 양극·음극활물질 계면 안정성 분석을 통해 적절한 물질 군을 선별했고 망간계 프러시안 블루 계열 물질로 전고체 나트륨 2차전지를 개발해 성공적으로 구동했다.
개발된 고체 전해질은 대기 안정성이 우수하고 상온 제작 공정이 가능해 기존 황화물 전해질, 산화물 전해질의 단점을 극복한 것으로 평가된다.
이현욱 교수는 “기존 황화물, 산화물, 할라이드계 고체 전해질에 제한된 연구 분야가 새로운 소재 발견으로 가능성이 확대되기를 바란다”고 강조했다.
연구는 UNIST 미래 선도형 특성화 사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연계 신진후속 사업의 지원을 받아 진행됐다. (강)