“얼음에서 전지가 돌아요!” 힙합에 진심인 정도솔 박사과정 학생의 일갈에 NASA의 화성 탐사 프로젝트를 떠올렸습니다. 왼손에 거머쥔 아이스 아메리카노의 얼음을 바라보며, 새로운 고체 전해질의 탄생이라 생각했습니다. 지난 여름 즈음인가 우리 실험실은 “열정과 냉정 사이”를 구호로, 저온 전해질과 불연성 전해질 개발에 냉정하게 열정을 쏟고 있는 중이었습니다.

유기 얼음 전해질 ICE (Ice Cage Electrolyte)이 저온에서 안정적으로 전지를 구동 시키는 것도 놀라웠지만, “아, 고체형 이온 전도체가 맞구나”라는 확신을 가지게 된 것은, 음이온은 움직이지 않고 리튬 이온만 움직이는 것을 (정확히는 전체 이온 전도도의 80% 이상이 리튬 이온에 의한 것이라는 것을) 확인한 후였습니다. 게다가, 음극 쪽에 리튬 금속을 반복하여 전착 및 탈리 시켰을 때, 그 흔한 뾰쪽뾰쪽 리튬 금속 나무 숲이 관찰 되지 않았습니다. 

성능적인 부분이야 그렇다 치더라도, ICE가 보기 드문 “분자형 고체 전해질”이라는 점에서 저는 큰 의미를 부여합니다. 요즘 인구에 자주 회자되는 전고체전지용 황화물이나 산화물 고체 전해질은 화학결합에 기반을 둔 네트워크 고체지요. 즉, 그것들의 분자식은 실제는 분자 하나를 표현하는 것이 아니라, 네트워크를 이루는 단위의 조성입니다. 마치 NaCl처럼요. 그런데 ICE는, 분자간 인력을 통해서 구성된, 그러나 개별 분자 자체는 그대로인, 분자형 고체입니다. 새로운 클라스의 고체전해질인 셈이지요.  

현재 우리 연구실이 타당성 검증 정도까지는 끝낸 저온형 (Ambient-cold) ICE는, 기존 네트워크 고체전해질이 저온 구동을 엄두도 못 내는 것과 비교해볼 때, 저온에서 구동되는 유일무이한 고체전해질이 아닐까 합니다. 앞으로 온도의 범위를 넓혀, 달이나 화성 탐사용의 극저온 (deep-cold) ICE 및 더 나아가서 상온에서 얼음상을 유지하는 상온 (ambient) ICE를 선보이려고 합니다.