정윤석 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수와 홍승태 대구경북과학기술원(DGIST) 교수, 오승태 서울대 교수 공동연구팀(이하 정 교수팀)이 비싼 리튬을 대신해 나트륨(Na)으로 전고체전지를 만들 수 있는 기술을 개발했다.
리튬(Li) 가격은 1년 전 톤당 900만 원이던 것이 최근에는 2600만 원까지 올랐다. 전기차 수요가 폭발적으로 늘면서 배터리 원료인 리튬 수요가 급증한 탓이다.
전고체전지는 기존 이차전지와 달리 유기계 액체전해질을 사용하지 않는다. 특히 고온에서 안정적이고 화재나 폭발 위험이 없는 `꿈의 전지`로 불린다. 전고체전지를 만들려면 이온 전도를 위한 `고체전해질` 개발이 필수다.
하지만 기존 나트륨 이온 고체전해질은 이온전도도가 낮아 전고체전지로 구현이 어려웠다.
정 교수팀은 다양한 물질을 탐색한 끝에 `나트륨 황화안티몬`의 이온 전도도가 1.1mS/㎝로 매우 높다는 것을 찾아냈다. 이 값은 지금까지 개발된 나트륨이온 고체전해질 중 최고 수치다. 또 액상공정으로 가공이 가능하다는 장점도 갖고 있다.
정 교수팀은 나트륨 황화안티몬을 물이나 메탄올에 완전 용해한 후 용매를 제거해 고체전해질을 얻어 냈다. 액상공정으로 만든 고체전해질을 전극활물질 입자 표면에 균일하게 코팅하고, 이를 전고체전지에 적용하자 성능이 크게 향상됐다.
정 교수는 “개발한 고체전해질은 이온 전달경로가 3차원이어서 전도도가 매우 높다. 공기 중에서도 안정된 뛰어난 소재”라며 “물이나 메탄올 같은 일반 용매에도 녹일 수 있어 나트륨 이온 전고체전지 연구개발에 획기적인 전환점을 마련했다”고 말했다.
이번 연구 성과는 `앙게반테 케미` 온라인판 최신호에 실렸다. 미래창조과학부 일반연구자지원사업과 UNIST 해수전지과제 지원을 받았다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
