UNIST·KAIST 공동 연구진
 

청바지 염료로 쓰이는 프러시안 블루. 국내 연구진은 최근 프러시안계 물질을 사용한 고체 전해질을 개발했다. 고체 전해질은 차세대 배터리로 꼽히는 전고체 전지를 상용화하기 위한 필수 요소다./퍼블릭도메인

국내 연구진이 청바지에 쓰이는 염료인 ‘프러시안계 물질’을 이용한 고체 전해질을 개발했다. 이온전도도가 높고 생산도 간편해 차세대 배터리인 전고체 전지의 상용화 가능성을 높인다는 평가가 나온다.

이현욱·정선균 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수와 서동화 한국과학기술원(KAIST) 교수가 이끄는 공동 연구진은 26일 프러시안계 물질을 이용한 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다고 밝혔다.

청바지의 염료로 쓰이는 프러시안계 물질(PBAs)은 나트륨 이차전지의 양극재로도 널리 활용된다. 두 종류의 전이금속이 결합한 구조를 가지며 이온이 이동할 수 있는 넓은 통로를 갖고 있다. 물질을 이루는 전이금속의 종류에 따라 다양한 특성도 나타나고 합성도 쉬워 차세대 이차전지 개발 연구에서 큰 주목을 받고 있다.

공동 연구진은 프러시안계 물질의 고유 특성을 활용하면 이온전도도를 높인 전해질로 사용할 수 있을 것으로 보고 연구를 시작했다. 전이금속의 종류를 바꿔가면서 이온전도도의 변화를 관찰한 결과, 전이금속의 크기에 따라 통로의 크기가 달라지는 것으로 나타났다. 이온 채널이 넓은 수록 이온전도도는 높아졌다.

다양한 종류의 양극·음극과의 계면 안정성을 분석하고 후보 물질을 발굴했다. 그 결과 망간을 사용한 ‘망간계 프러시안 블루 계열 물질’은 ㎝당 0.1㎳(밀리지멘스)의 나트륨 이온전도도를 보여 고체 전해질로 사용할 정도의 성능을 내는 것을 확인했다. 대기 안정성도 우수해 수분에 강하고 상온에서도 제작할 수 있어 기존 황화물계·산화물계 전해질의 단점을 모두 극복할 수 있다는 것이 연구진의 분석이다.

이현욱 교수는 “새로운 소재 발견으로 기존 황화물, 산화물, 할라이드계 고체전해질로 제한된 연구가 확대되길 바란다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘앙게반떼 케미’에 지난달 28일 소개됐다.

참고자료

Angewandte Chemie international edition, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202309852
 

이번 연구에 참여한 연구진. 왼쪽부터 이현욱 울산과학기술원(UNIST) 교수, 안상혁 LG에너지솔루션 연구원, 김태원 영국옥스퍼드대 박사 후 연구원, 송유엽 UNIST 박사과정 연구원./울산과학기술원