건국대, 차세대 나트륨 이온 배터리용 양극재 개발

[이데일리 신하영 기자] 건국대 연구진이 차세대 나트륨 이온 배터리용 유기 양극 소재 개발에 성공했다.

왼쪽부터 송송이 석사과정(제1저자), 최민규 석박사통합과정(제2저자), 김기출 교수(교신저자) ※사진 제공=건국대

건국대는 김기출 화학공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 17일 밝혔다. 이번 연구는 산업통상자원부 에너지인력양성사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 에너지 분야 저명 학술지 ‘Small’에 게재됐다.

유기 양극 소재는 환경친화적이며 희소금속 자원 제약이 없어 차세대 에너지 저장 장치의 핵심 소재로 주목받고 있다. 다만 낮은 레독스 활성도와 구조적 불안정성 등으로 상용화에는 한계가 있었다.

연구팀은 식품첨가물로 널리 알려진 사카린 분자의 화학 구조를 활용해 차세대 나트륨 이온 배터리용 유기 양극 소재 개발에 성공했다. 사카린 유도체의 레독스 활성 코어 구조를 대칭화하고 방향족 백본을 연장하는 등의 방식으로 기존 유기 전극에선 관찰되기 어려운 ‘V자형’ 레독스 활성 변화 패턴을 구현한 것. 이 현상은 방향족 골격에서 나타나는 국소 유도효과(local inductive effect)가 전자 전달을 촉진해 레독스 반응을 조절한 결과로 분석됐다.

이는 기존 유기 전극 소재와 달리 충분히 확장된 고리형 구조가 전극의 사이클 안정성과 레독스 활성도를 동시에 높일 수 있음을 보여준다. 특히 이번 연구는 사카린 고유의 방향족 구조와 다중 리튬 활성 부위를 활용, 고성능·지속성을 동시에 확보하는 유기 전극 설계 가능성을 제시한 사례로 주목된다. 건국대는 “차세대 에너지 저장 장치 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다”고 평가했다.