한국외대 박진균 교수팀, 공동연구 통해 차세대 소듐 이온 배터리 신소재 개발

[한국대학신문 문화춘 기자] 한국외국어대학교(총장 박정운) 자연과학대학 화학과 박진균 교수 연구팀은 경북대학교 화학과 백승민 교수 연구팀과 동국대학교 에너지신소재공학과 오제민 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 차세대 에너지 저장장치로 주목받는 소듐 이온 배터리의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 음극 소재인 플루오린화 유기 나노시트 개발에 성공했다.

연구진은 전자 끌어당김 효과가 뛰어난 벤조티아디아졸(BT) 유닛과 플루오린(F) 원자를 유기 나노시트에 도입해 밴드갭과 전자 밀도를 낮추고 강한 영구 쌍극자를 생성함으로써, 고체 상태에서 소듐 이온(Na⁺)이 접근할 수 있는 활성 사이트가 크게 증가된 신물질을 개발했다.

또한, 연구팀은 플루오린화된 유기 나노시트와 비플루오린화된 나노시트의 나트륨 저장 성능을 비교 분석한 결과 플루오린화된 유기 나노시트는 전자 밀도가 낮아져 나트륨 이온과의 상호작용은 약해졌으나, 이온 및 전하 운반체의 전도성이 크게 향상돼 전기화학적 성능이 오히려 개선된다는 사실을 밝혀냈다. 특히, 플루오린화된 유기 나노시트는 100 mA/g의 전류 밀도에서 약 637 mAh/g의 가역적인 방전 용량을 기록했으며, 5000회 이상의 충·방전 후에도 구조적 안정성과 우수한 속도 특성을 유지하는 뛰어난 성능을 보였다.

연구진은 “분자 내부의 쌍극자 조절을 통해 유기 나노시트의 전하 이동과 장기 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 입증했다”며, “이번 연구는 차세대 나트륨 이온 배터리 음극 소재 개발에 새로운 전략을 제시한다”고 밝혔다. 이번 성과는 에너지 저장장치의 고성능화와 장기 수명화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

연구 결과는 국제저명학술지(SCI) 중에서도 Impact factor 12.1으로 화학 최고 권위지 중 하나인 〈Small〉에 9월 11일에 게재됐으며 해당 권호의 표지 논문으로 선정됐다. (Small 2025, 21, 2502368).