"청바지 염료의 재발견"… 값싸고 오래가는 리튬이온전지 만든다

UNIST, 프러시안 블루를 양극재로 활용
유기계-수계 전해질 장점 결합 성능 높여

이현욱 UNIST 교수는 프러시안 블루를 양극재로 활용해 배터리 성능을 크게 높이면서 저렴한 리튬이온전지를 제작할 수 있는 기술을 개발했다. UNIST 제공

청바지 염료를 사용해 리튬이온전지를 값싸고 오래 쓸 수 있게 하는 양극재 기술이 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 이현욱(사진) 에너지화학공학과 교수 연구팀이 청바지 염료로 잘 알려진 '프러시안 블루'를 양극재로 활용해 배터리 성능을 크게 높이면서 값싼 리튬이온전지를 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

프러시안 블루는 코발트, 니켈 등 높은 가격의 전이금속을 포함하지 않고, 값싼 철, 탄소, 질소로 이뤄진 물질로, 합성이 쉽고 추가 공정을 거치지 않아 저렴하게 생산할 수 있다. 이 때문에 비싼 양극재 시장에서 경쟁력이 있고, 높은 이온전도도로 출력이 뛰어나 차세대 양극재 소재로각광받고 있다.

다만, 기존 프러시안 블루 양극재는 유기 전해질에서 반응 속도가 느리거나 구조적 불안정성으로 인해 에너지 밀도와 수명 성능에 한계가 있다. 연구팀은 유기계와 수계를 석은 하이브리드 전해질을 개발했다. 이 하이브리드 전해질은 배터리 작동 중에 물 분자를 제거하고, 프러시안 블루 표면에 안정적인 보호층을 형성한다. 이렇게 형성된 고분자층은 프러시안 블루가 충전할 때 발생하는 구조 뒤틀림을 완화해 500사이클 이상에서도 안정된 용량을 유지한다.

또한 낮은 이온 전도도를 높이고, 리튬이 이동 시 필요한 에너지를 줄여 고출력 환경에서 저항이 줄어들어 보다 높은 용량을 유지할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이현욱 UNIST 교수는 "프러시안 블루가 매력적인 저가 양극 소재로 탈바꿈해 값싼 양극 소재 개발의 패러다임을 바꿀 수 있을 것"이라며 "앞으로 보다 효율적인 안정적인 배터리 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 나노과학 분야 국제 학술지 '나노 레터스(지난 13일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr