나노기술 및 정책 정보

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● 이지훈 교수(경북대) 및 이현정 교수(울산과학기술원) 공동 연구팀은 알칼리 이온과 음이온 리간드* 간의 상호 작용이 전지 특성에 미치는 영향을 규명, 베를린 그린 양극재**로 이용한 저비용ㆍ고성능 리튬 이온 전지와 나트륨 이온 전지를 개발

* 리간드(ligand) : 배위결합하고 있는 화합물의 중심 금속 이온 주위에 결합하고 있는 분자 또는 이온을 의미하며, 베를린 그린(Fe[Fe(CN)6] 양극 소재의 경우, 하나의 철(Fe) 이온을 둘러싸고 있는 시안 음이온(CN–)을 의미

** 베를린 그린(Berlin green, Fe[Fe(CN)6]) 양극재 : ‘프러시안블루 유사체(AxFeFe(CN)6)’의 일종으로, 철과 탄소로 이뤄진 팔면체(FeC6)와 철과 질소로 이뤄진 팔면체(FeN6)가 교대로 반복되는 결정 구조를 가진 금속 유기 골격체

● 연구팀은 양극재 결정 내에 존재하는 알칼리 이온의 ‘종류’와 ‘농도’가 결정 구조의 변화를 야기하고 작동 전압을 변조하는 데 주도적인 역할을 하는 것을 규명

● 연구팀은 베를린 그린 양극재가 리튬 이온 전지로 구동할 때보다, 나트륨 이온 전지로 구동할 때 작동 전압이 더욱 상승하는 것을 확인

● 이어 연구팀은 리튬 이온에 비해 나트륨 이온과 시안 음이온 리간드 간의 공유결합성 상호 작용이 강화되어 철 이온의 전자구조와 베를린 그린 양극재의 결정 구조를 변화시킨 것임을 발견

● 본 연구는 광물 자원 무기화 리스크에 취약한 리튬의 대체제인 베를린 그린 양극재를 제시하였으며, 이는 향후 차세대 에너지 저장 소재로 활용될 전망

Advanced Functional Materials (2024.09.09.), The Role of Carrier Ion-Ligand Interaction on Intercalation Potentials and Phase Evolution of Berlin Green Cathodes in Rechargeable Batteries