포항공대, 배터리 오랜 딜레마 깼다

초이온 전도성 고분자 소재 개발
박문정 교수 “전략적 방향 제시”

박문정 포항공과대학교 교수. /포항공대 제공

박문정 포항공과대학교 연구팀이 배터리의 오랜 딜레마를 해결할 고분자 전해질 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 ‘폴리스티렌’에 이온의 이동을 돕는 ‘술폰산기’를 정확히 두 개씩 정해진 위치에 배치한 새로운 고분자 전해질(폴리스티렌 3,4-디술폰산, 이하 PSdi34S1)을 개발했다.

술폰산기를 포함한 고분자 전해질은 합성 과정에서 구조를 제어하기 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 고분자 매 반복단위 마다 수소결합형성을 유도해 이온이 균일하게 근거리에서 전도될 수 있도록 설계하는 데 성공했다.

또 이온성 액체를 더해 고체 상태에서도 액체 상태처럼 이온이 빠르게 이동하는 ‘초이온 전도성’ 특성을 구현해냈다.

연구팀은 이 소재를 리튬-황 배터리의 전해질과 바인더(전극을 붙이는 접착제)에 적용, 기존보다 우수한 성능을 확인했다. 고체 상태에서 높은 안정성을 유지하면서도, 액체 전해질에 견줄 만큼 뛰어난 이온 이동성을 확보한 것이다. 

박 교수는 “이번 연구는 초이온 전도성 고분자 소재 개발에 있어 새로운 전략적 방향을 제시했다”며 “차세대 배터리는 물론 에너지 저장 시스템 전반에 걸쳐 소재 설계의 새로운 이정표가 될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

한편, 이번 연구는 재료과학 국제 저널인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 최근 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]