[과기원은 지금] KAIST, 고성능 비불소계 전해질 개발

수소화붕소 소듐 기반 전해질의 수소화 소듐 기반 고체-전해질 계면 형성 모식도. KAIST 제공

■ KAIST는 이진우 생명화학공학과 교수 연구팀이 조창신 포스텍 교수 연구팀과 공동연구를 통해 장수명 나트륨(소듐) 금속 음극 및 고출력 해수 전지를 위한 비불소계 전해질을 개발했다고 28일 밝혔다. 기존 비불소계 전해질은 높은 가격과 불산(HF) 부산물 형성 등의 문제점이 있었다. 연구팀은 수소화 소듐(NaH)이 불화 소듐을 대체할 수 있다는 앞선 연구에 착안해 수소화붕소 소듐(NaBH4)염을 ‘이써(ehter)’계열 유기용매에 녹인 전해질을 설계했다. 수소화붕소 소듐은 환원제의 일종으로 유무기 합성이 필요한 산업계에서 널리 사용되는 물질이다. 같은 부피의 불소계 전해질을 제작하는 것에 비해 5~10% 정도의 비용만이 소요돼 큰 가격 경쟁력을 가진다. 이렇게 개발된 수소화붕소 소듐 기발 전해질은 우수한 고체-전해질 계면을 형성하는 것으로 확인됐다. 또 산화된 소듐 금속을 수소화붕소 소듐에 장시간 담가뒀을 때 산화막이 점차 수소화 소듐으로 전환되는 것이 비행시간형 이차이온 질량 분석을 통해 확인됐다. 온라인 전기화학 질량 분석에선 수소화붕소 소듐 전해질을 이용해 전지 제작 후 8시간 정도의 휴지기에 수소 기체가 형성되는 것으로 나타났다. 또한 소듐-소듐 대칭전지에서 600 사이클, 소듐-알루미늄 반쪽 전지에서 99.67%의 쿨롱 효율을 보여 불소계 전해질에 비해 매우 우수한 전기화학적 성능을 제공했다. 이번 연구 논문 1저자인 김준욱 KAIST 박사과정생은 "기존 소듐 전해질의 필수 원소였던 불소 없이도 불소계 전해질의 성능을 상회하는 전해질을 개발한 것은 큰 의미가 있다ˮ 라며 "앞으로 비불소계 소듐 전해질과 그에 따른 고체-전해질 계면에 관한 연구가 활발해질 것으로 판단된다ˮ 라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘에너지인바이론멘탈사이언스’ 10월호 속표지 논문으로 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]