리튬(Li)을 대신해 나트륨(Na)으로 전고체전지를 만드는 기술이 개발돼 주목받고 있다.

UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 정윤석 교수와 DGIST 홍승태 교수(이상 교신저자), 서울대 오승모 교수 공동연구팀은 '고성능 나트륨 이온 전고체전지'를 개발했다.

세계적으로 매장량이 고르고 풍부한 나트륨을 이용해 '저렴하고 안전한 전고체전지'를 개발할 가능성을 연 것.

전고체전지는 기존의 이차전지와 달리 유기계 액체전해질을 사용하지 않는다. 이 덕분에 고온에서도 안정적이며 화재나 폭발 위험이 없는 '꿈의 전지'로 여겨진다. 이런 전고체전지를 구현하기 위해서는 이온 전도를 위한 '고체전해질' 개발이 핵심이다.

연구팀은 다양한 물질을 탐색한 끝에 '나트륨 황화안티몬(Na3SbS4)'의 이온 전도도가 1.1mS/cm로 매우 높다는 것을 발견했다. 이 값은 지금까지 개발된 나트륨이온 고체전해질 중 최고 수치다. 특히 이 소재는 액상공정으로도 가공이 가능하다는 장점도 있다. 나트륨 황화안티몬이 물이나 메탄올에 완전히 용해되고 용매를 제거하면 다시 고체전해질을 얻을 수 있기 때문.

이번에 개발된 고체전해질은 이온 전달경로가 3차원으로 연결돼 전도도가 높다. 이뿐 아니라 공기 중에서도 안정해 뛰어난 소재로 평가된다. 또 물이나 메탄올 같은 일반적인 용매에도 녹일 수 있어 나트륨 이온 전고체전지 연구개발의 획기적인 전환점으로 평가받는다.

정윤석 교수는 "액상공정으로 만든 고체전해질(Na3SbS4)을 전극활물질 입자 표면에 균일하게 코팅하는 데 성공했다"며 "이를 전고체전지에 적용하자 성능이 크게 향상됐다"고 말했다.

한편 이 연구성과는 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)' 온라인판 최신호에 소개됐다. 연구지원은 미래창조과학부 일반연구자지원사업과 UNIST 해수전지과제의 지원으로 이뤄졌다.

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