전남대학교 석사과정생팀이 국내 최초로 에너지 밀도가 높으면서 안전성까지 갖춘 고성능 포타슘 금속 전지를 개발했다.

6일 전남대학교에 따르면, 전남대 차세대배터리연구실(신소재공학부 김재국, 황장연 교수 연구팀) 소속 박지민, 정예슬 석사과정생은 포타슘 금속 표면과의 자발적 화학반응을 통해 전기전도 및 이온전도가 매우 높은 물질을 형성시킬 수 있는 새로운 포타슘 황화물 소재를 고안, 합성하는데 성공했다.

이로써 그동안 포타슘 금속전지의 가장 큰 약점으로 지적돼 온 ‘안정성’을 확보할 수 있게 됐다. 동시에 다양한 전산 모사 기법과 고도 분석을 통해 그 메커니즘까지 규명해 내기도 했다.

실제 연구팀이 새로 개발한 소재를 사용한 고성능 포타슘 금속전지는 급속 충·방전 조건에도 500회 이상 안전하게 사용할 수 있는 것으로 나타났다.

기존의 포타슘 금속 전지는 고에너지밀도 구현이 가능해 현재 상용화된 리튬이차전지를 대체할 수 있는 차세대 전지로 기대됐으나, 리튬 금속보다 화학적·전기화학적 반응성이 훨씬 커 안전성에 문제를 야기하는 침상결정 형성을 막기 어렵고, 계면 불안정성으로 인해 전지의 화재를 유발하는 치명적인 한계를 드러내 왔다.

이 연구결과는 전기화학 분야의 세계적 권위지인 미국 학술지 「ACS Energy Letters」(영향력 지수 23.101, JCR 상위 2.5%) 1월호에 표지논문으로 게재됐다.

연구를 주도한 학생들은 “김재국, 황장연 교수팀의 이차전지 전문 인력양성사업(한국산업기술진흥원)과 차세대 배터리 연구실사업(한국연구재단)의 지원으로 구축된 연구인프라를 활용함과 동시에 선양국 교수팀(한양대), 시쟈오 박사팀(찰머스 공과대학교) 등 국내외 우수 연구그룹들과의 유기적인 네트워크를 통해 이같은 성과를 거둘 수 있었다.”고 말했다.

*논문제목: Stable Solid Electrolyte Interphase for Long-Life Potassium Metal Batteries