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친환경 '해수전지' 고체전해질 안정성 입증

황준호 입력 2021. 01. 13. 12:02

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리튬 이온 배터리를 대신할 수 있는 에너지 저장장치로 주목받고 있는 해수 전지의 핵심 부품인 고체 전해질의 안정성을 규명한 연구 결과가 연이어 나왔다.

연구진은 "이번 연구로 해수전지에 쓰이는 고체전해질의 안정성을 실제 구동 환경에서 입증했을 뿐만 아니라 충·방전 상황에서 발생하는 전기화학적 반응을 밝혔다"며 "이는 향후 새로운 해수전지용 고체전해질 개발의 길잡이 역할을 할 수 있을 것"이라고 기대했다.

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해수전지 고체전해질 실사용 환경에 노출 시켜 안정성 입증
해수서 더 안정·오래 쓰는 해수전지 만들 선행연구로 가치 있어
해수전지 모식도와 다양한 구동환경(정적평가)에서 고체전해질 안성정실험

[아시아경제 황준호 기자] 리튬 이온 배터리를 대신할 수 있는 에너지 저장장치로 주목받고 있는 해수 전지의 핵심 부품인 고체 전해질의 안정성을 규명한 연구 결과가 연이어 나왔다. 폭발 위험성과 리튬 가격 폭등 등에 따라 리튬 이온 배터리 대신 차세대 전지를 개발하려는 노력이 이어지고 있는 가운데, 해수전지의 상용화를 앞당기는데 기여할 연구 결과가 될 것으로 예상된다.

이현욱, 김영식, 곽상규 울산과학기술원 소속 교수들이 참여한 연구팀은 차세대 친환경 배터리인 해수전지에 쓰이는 고체전해질의 정적·동적 안정성을 2건의 개별 연구를 통해 검증했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 각각 재료분야 국제학술지인 저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A와 케미스트리 오브 머티리얼즈에 실렸다.

해수전지는 바닷물 속 나트륨 이온을 이용해 전기를 충전하고 원하는 때 뽑아 쓸(방전) 수 있는 친환경 에너지 저장 장치다. 고체전해질은 바닷물로부터 전극을 보호하고 바닷물 속 나트륨 이온만을 선택적통과 시키는 필터 역할을 하는 해수전지의 핵심부품이다. 하지만 아직까지 해수전지 고체전해질의 안정성을 실제 구동 환경에서 살펴본 사례는 없었다.

연구팀은 고체전해질 소재를 실제 해수전지에 쓰이는 펠렛(가루를 뭉친 얇은 덩어리)형태로 제작했다. 또 이를 바닷물에 노출시키거나 충·방전과 같은 동적 변화에 노출시켜 해수전지용 고체전해질의 안정성을 입증했다.

연구 결과 고체 전해질은 순수한 물(증류수)보다 오히려 다양한 이온이 공존하는 바닷물에서 더 안정한 것으로 나타났다. 이온 농도차로 인해 고체전해질 구성 성분이 밖으로 흘러나오는 반응이 억제 된 것이다. 기존에는 고체전해질 소재의 경우 입자 형태로 존재할 경우 물에 녹는다고 알려져 있었다. 또한 연구팀은 해수전지가 충전과 방전을 하는 동적 상황에서 고체전해질과 해수면 사이(계면)에 일어나는 반응도 관찰하기도 했다.

연구진은 "이번 연구로 해수전지에 쓰이는 고체전해질의 안정성을 실제 구동 환경에서 입증했을 뿐만 아니라 충·방전 상황에서 발생하는 전기화학적 반응을 밝혔다"며 "이는 향후 새로운 해수전지용 고체전해질 개발의 길잡이 역할을 할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이현욱 교수는"“이번 연구는 화학적으로 더 안정한 고체전해질을 개발하는 데 필요한 선행 연구로서 가치가 크다"며 "해수전지에서 핵심적 역할을 하는 고체전해질의 안정성과 신뢰도를 높여, 더 오래 쓸 수 있는 해수전지를 개발하는 데 도움이 될 것"이라고 설명했다.

동적안정성(충방전) 평가를 통해 구조변형 원인을 찾아낸 결과

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr

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