화학뉴스

국내 연구진이 고에너지·고효율 금속공기전지 기술 개발에 성공했다.
강병우 포항공대(포스텍) 신소재공학부 친환경소재대학원 교수, 박희택 한국전기연구원 차세대전지 연구센터 연구팀은 탄산염을 활용해 특별한 장비 없이 나트륨과 공기만으로 가역적 구동이 가능한 고에너지·고효율 전고체 나트륨-공기전지를 개발했다. 
차세대 고용량 2차전지로 알려진 금속공기전지는 지구상에 풍부한 산소와 금속으로 전력을 생산한다.
다만, 금속과 산소가 반응하는 과정에서 대기 중 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)로 형성되는 탄산염은 배터리의 에너지 효율을 떨어트리기 때문에 정제된 산소를 사용하거나 산소만 선별해서 활용할 수 있는 산소 투과막 등 장비가 별도로 필요하다.
연구팀은 나트륨계 산화물인 나시콘(Nasicon)을 사용해 탄산염을 효과적으로 활용하는데 성공했다. 
나트륨과 지르코늄(Zirconium) 등 여러 원소로 구성된 나시콘은 고체 상태에서 이온을 이동시키는 고체 전해질로 전기화학적·화학적으로 매우 안정적이다. 
연구팀은 나시콘 고체 전해질을 사용해 나트륨 금속이 있는 전극을 공기로부터 보호하고 배터리 구동 시 형성되는 탄산염 분해를 촉진했다.
탄산염의 가역적인 전기화학 반응을 통해 배터리의 에너지밀도가 증가했으며 충·방전 시 발생하는 전압 차이가 대폭 감소해 에너지 효율도 향상됐다. 나트륨 이온을 전극 내부로 빠르게 전달해 전기를 출력하는 성능도 우수했다. 
강병우 교수는 “차세대 고에너지 금속공기전지의 고질적인 문제였던 탄산염을 활용하는 방법을 찾았다”며 “대기 중에서 안정적이고 넓은 전압 범위를 가진 고체 전해질 배터리 플랫폼으로 차세대 전고체 금속공기전지 분야를 이끌겠다”고 강조했다.
연구는 한국연구재단 중견연구자 사업과 BK21 플러스 사업 지원을 받아 진행됐으며 결과는 글로벌 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. (윤우성 기자)