왼쪽부터 유니스트 에너지화학공학과 이현욱 교수, 제 1저자 안상혁 연구원, 제 1저자 김태원 연구원, 제 1저자 송유엽 연구원.(유니스트 제공)

값싸고 친환경적 소재인 프러시안계 물질로 고체 전해질이 개발됐다. 

이현욱·정성균 유니스트(UNIST) 에너지화학공학과 교수팀과 서동화 카이스트(KAIST) 교수팀이 상온에서도 구동하는 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다고 26일 유니스트가 밝혔다. 연구팀이 개발한 이차전지에는 친환경적인 프러시안계 물질(Prussian Blue analogues·PBAs)이 고체 전해질로 사용됐다. 프러시안계 물질은 18세기부터 사용된 청색 염료 물질로 청바지의 염색에 사용된다.

프러시안계 물질은 나트륨 이차전지의 핵심소재인 양극재로 쓰인다. 이온이 이동할 수 있는 넓은 이온 전도 채널을 가지며 쉽게 합성할 수 있다. 구조적으로 안정하고 저렴한 편이다. 이런 장점과 더불어 전이 금속에 따라 그 특성까지 달라져 많은 주목을 받고 있다.

연구팀은 프러시안계 물질의 고유 특성이 이온 전도도를 높일 수 있다고 판단했다. 전이 금속의 종류를 변경해 이온 전도의 변화 추이를 관찰했다. 이를 통해 전이 금속의 크기에 따라 이온 채널의 크기가 달라지는 것을 확인했다. 큰 이온 채널을 가진 물질은 높은 이온 전도성을 보이는 것이다.

연구팀이 개발한 망간계 프러시안블루 계열 물질 기반 전고체 나트륨 이차전지는 상온에서도 0.1mS/Cm 급의 나트륨 이온전도도를 보이며 고체 전해질로서의 가능성을 입증했다. 대기 안정성이 우수하고 상온 제작공정이 가능해 기존의 황화물전해질, 산화물전해질의 단점을 모두 극복한 새로운 고체 전해질을 개발한 것이다.제 1저자 안상혁 유니스트 에너지화학공학과 연구원은 "기존의 고체 전해질의 비싼 가격과 환경 문제에 대한 고질적 문제를 해결할 수 있었다"며 "앞으로 전고체 전지 상용화를 앞당길 것"이라고 설명했다.

이현욱 유니스트 에너지화학공학과 교수는 "기존 황화물, 산화물, 할라이드계 고체 전해질에 제한된 연구분야가 새로운 소재 발견으로 가능성이 확대다"며 "이번 연구는 이런 부분을 지적하면서 동시에 새로운 해결방안을 성공적으로 제시할 수 있는 연구였다"고 말했다.

이번 연구는 유니스트 미래 선도형 특성화 사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연계 신진후속 사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지·재료 분야 국제학술지 '앙게반떼 케미(Angewandte Chemie international edition)'에 8월 28일 자로 온라인 게재됐다.


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