국내 연구진이 망간을 활용해 기존 리튬이온전지의 자원 편중과 가격 변동성 문제를 보완할 차세대 에너지저장장치(ESS) 기술을 발전시켰다.
한국연구재단은 명승택 세종대 교수 연구팀이 사불화붕산망간 기반 비수계 전해질을 설계·적용해 비수계 망간이온전지의 작동 가능성 및 시제품 구현 가능성을 검증했다고 4일 밝혔다.
망간은 차세대 ESS 소재로 꼽히지만, 기존 수계 전해질에서는 전극 표면에 막이 생겨 성능이 저하되는 한계가 있다. 또 비수계 전해질에 적합한 망간염은 비싸고 부식성이 강해 연구가 어려웠다.
연구팀은 물에 의한 전극 손상을 방지하기 위해 물을 쓰지 않는 사불화붕산망간 기반 비수계 전해질을 개발했다. 개발된 전해질은 망간 금속의 부식을 효과적으로 억제하면서도 석출·박리 반응을 안정적으로 구현했으며, 높은 이온전도도와 전기화학적 안정성을 나타냈다.
또 계산과 분광분석 결과 망간이온이 아세토니트릴 분자 6개와 안정적으로 결합한 구조임을 규명했다.
개발한 전해질을 실제 전지에 적용한 결과 망간화된 비스무트·텔루륨(Bi5Te3) 기반 음극과 프러시안블루(NaMnHCF) 양극을 조합한 전지가 1.5V 이상의 작동전압과 70~80mAh g-1의 안정적 용량을 나타냈다. 실제 전지 형태인 파우치셀에서도 250회 이상 안정적으로 구동됐다.
명승택 교수는 “이번 연구는 전해질뿐만 아니라 양·음극 후보 소재를 함께 제시해 후속 망간전지 연구의 설계 기준을 마련하고, 기존의 반전지 성능 평가를 넘어 실제 전지 형태의 구동 가능성을 검증한 데 의의가 있다”며 ”후속 연구에서는 용매와 첨가제, 보호막 설계를 통해 망간의 석출·박리 가역성을 개선하고, 수명과 효율을 높여 상용화의 토대를 마련하겠다”고 말했다.
이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '재료과학 및 공학 보고'에 6월 25일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
