청바지 염료인 프러시안 블루를 활용한 저비용 고성능 리튬이온전지를 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. 24일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 프러시안 블루를 양극재로 활용해 배터리 성능을 높이면서도 가격은 낮춘 리튬 이차전지 시스템을 만들었다.
연구팀은 기존 배터리에서 사용되는 유기계와 수계 전해질의 장점을 결합한 하이브리드 전해질을 개발해 성능을 높였다.
하이브리드 전해질은 배터리 작동 중 물 분자를 제거하고, 프러시안 블루 표면에 안정적인 보호층을 형성한다. 이를 통해 500사이클 이상에서도 안정적인 용량을 유지할 수 있다.
기존 프러시안 블루 양극재는 유기 전해질에서 반응 속도가 느리거나 구조적인 불안정성으로 에너지 밀도와 수명에 한계가 있었지만, 이 같은 문제를 해결해 프러시안 블루의 활용도를 높였다고 연구팀은 설명했다.
리튬이온전지의 주요 양극재인 리튬전이금속 산화물에는 코발트, 니켈이 포함돼 있는데, 이들 자원의 가격이 상승하면서 배터리 가격도 급등했다. 프러시안 블루는 철, 탄소, 질소로 이뤄진 값싼 물질로, 생산 비용이 낮고 이온 전도도가 높아 다양한 이온을 수용할 수 있는 점이 장점이다.
이현욱 교수는 "기존 리튬이온전지 시스템에서 괄시받던 프러시안 블루를 매력적인 저가 양극 소재로 탈바꿈했다"며 "양극 소재 개발의 패러다임이 바뀔 수도 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 지난 13일 자로 게재됐다. 연구는 한국연구재단 중견연계 신진후속사업의 지원을 받았다.