전남대(총장 정성택)는 차세대배터리연구실(교수 김재국·황장연) 소속 박지민·정예슬 석사과정생이 에너지 밀도가 높으면서 안전성까지 갖춘 고성능 포타슘(K) 금속 전지를 개발했다고 7일 밝혔다.
두 학생은 포타슘 금속 표면과의 자발적 화학반응을 통해 전기전도 및 이온전도가 매우 높은 물질을 형성시킬 수 있는 새로운 포타슘 황화물 소재를 고안, 합성하는데 성공했다. 포타슘 금속 전지의 가장 큰 약점으로 지적돼온 안정성을 확보하는 동시에 다양한 전산 모사 기법과 고도 분석으로 메커니즘까지 규명했다.
연구팀이 새로 개발한 소재를 사용한 고성능 포타슘 금속 전지는 급속 충·방전 조건에도 500회 이상 안전하게 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 기존 포타슘 금속 전지는 고에너지밀도 구현이 가능해 현재 상용화된 리튬 이차전지를 대체할 수 있는 차세대 전지로 각광받았다. 하지만 리튬 금속보다 화학·전기화학적 반응성이 훨씬 커 안전성에 문제를 야기하는 침상결정 형성을 막기 어려웠다. 또 계면 불안정성으로 인해 전지의 화재를 유발하는 치명적인 한계를 드러냈다.
두 학생은 김재국·황장연 교수팀의 이차전지 전문 인력양성사업(한국산업기술진흥원)과 차세대 배터리 연구실사업(한국연구재단) 지원으로 구축된 연구인프라를 활용하고 선양국 한양대 교수팀, 시쟈오 찰머스 공과대학교 박사 팀 등 국내·외 우수 연구그룹과 유기적인 네트워크를 통해 연구성과를 거뒀다. 연구 결과는 전기화학 분야의 세계적 권위지인 학술지 '미국 화학회(ACS) 에너지 레터스' 1월호에 표지논문으로 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
