해수전지 구성 부품인 고체전해질의 안정성을 규명한 연구결과가 연이어 발표됐습니다. 해수전지는 바닷물 속 나트륨(Na+) 이온을 이용해 전기를 충전하고 원하는 때 뽑아 쓸(방전) 수 있는 친환경 에너지 저장 장치입니다.
UNIST 이현욱‧김영식‧곽상규 교수 연구팀이 차세대 친환경 배터리인 해수전지에 쓰이는 고체전해질의 정적· 동적 안정성을 2건의 개별 연구를 통해 검증했다고 밝혔습니다. 연구진은 고체전해질 소재를 실제 해수전지에 쓰이는 '펠렛(Pellet, 가루를 뭉친 얇은 덩어리)' 형태로 제작한 뒤 이를 바닷물에 노출시키거나 충·방전과 같은 동적 변화에 노출시켜 해수전지용 고체전해질의 안정성을 입증했습니다.
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 기대했습니다.
실사용 환경에 노출 시켜안정성 입증했다
고체전해질은 바닷물로부터 전극을 보호하고 바닷물 속 나트륨 이온만을 선택적통과 시키는 '필터' 역할을 하는 해수전지의 핵심부품입니다. 하지만 아직까지 해수전지 고체전해질의 안정성을 실제 구동 환경에서 살펴본 사례는 없었습니다.
연구 결과 고체 전해질은 순수한 물(증류수)보다 오히려 다양한 이온이 공존하는 바닷물에서 더 안정한 것으로 나타났습니다. 이온 농도차로 인해 고체전해질 구성 성분이 밖으로 흘러나오는 반응이 억제 된 겁니다. 기존 고체전해질 소재의 경우 입자 형태로 존재할 경우 물에 녹는다고 알려졌는데, 이 분말을 압축해 만든 고체전해질이 바닷물에서는 안정하게 구동이 가능했던 이유입니다.
이와 더불어 연구진은 해수전지가 충전과 방전을 하는 동적 상황에서 고체전해질과 해수면 사이(계면)에 일어나는 반응 또한 밝혔습니다. 전지의 안정성을 높이기 위해서는 각 구성 요소의 경계면에서 일어나는 여러 화학 반응과 그 원인을 밝히는 것이 중요합니다.
이현욱 교수는 "이번 연구는 화학적으로 더 안정한 고체전해질을 개발하는 데 필요한 선행 연구로서 가치가 크다"고 "해수전지에서 핵심적 역할을 하는 고체전해질의 안정성과 신뢰도를 높여, 더 오래 쓸 수 있는 해수전지를 개발하는 데 도움이 될 것" 이라고 설명했습니다. 이번 연구는 'Journal of Materials Chemistry A'과 'Chemistry of Materials'에 각각 게재됐습니다.
##참고자료##
- Wi, Tae-Ung, et al. "Chemical Stability and Degradation Mechanism of Solid Electrolytes/Aqueous Media at a Steady State for Long-Lasting Sodium Batteries." Chemistry of Materials (2020).
- Lee, Chanhee, et al. "Unveiling interfacial dynamics and structural degradation of solid electrolytes in a seawater battery system." Journal of Materials Chemistry A 8.41 (2020): 21804-21811.
