과학계에서 천덕꾸러기 취급을 받던 탄산염을 활용해 공기와 나트륨만으로 구동할 수 있는 고효율 전지가 개발됐다.

포스텍 신소재공학부·친환경소재대학원 강병우 교수, 신소재공학과 박희택 박사(現 한국전기연구원 차세대전지연구센터) 연구팀은 이 같은 연구개발에 성공했으며, 이번 성과는 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)‘에 게재됐다.

이번 연구에서 연구팀은 나트륨계 산화물인 나시콘(Nasicon)을 사용해 천덕꾸러기였던 탄산염을 효과적으로 활용하는 데 성공했다. 나트륨과 지르코늄(Zr) 등 여러 원소로 구성된 나시콘은 고체 상태에서 이온을 이동시키는 고체 전해질로 전기화학적·화학적으로 매우 안정적이다.

연구팀은 이 나시콘 고체전해질을 사용해 나트륨 금속이 있는 전극을 공기로부터 보호하고, 전지 구동 시 형성되는 탄산염이 분해되는 것을 촉진했다.

그 결과, 탄산염의 가역적인 전기화학 반응을 통해 전지의 에너지밀도가 증가했으며, 전지를 충·방전할 때 발생하는 전압 차이가 크게 줄어 에너지 효율도 향상됐다.

또, 연구팀의 전고체 나트륨-공기 전지는 나트륨 이온을 전극 내부로 빠르게 전달해 전기를 출력하는 성능도 훨씬 우수했다. 산소를 선별하는 별도 장치 없이 금속과 공기만으로 전지를 구동하는 데 성공한 것이다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 개인사업인 중견연구자 사업과 BK21 플러스 사업 지원을 받아 진행됐다.