중국, 세계 최초 수소 음이온 프로토타입 전지 개발

최근 중국과학원 다롄화학물리연구소(中国科学院大连化学物理研究所) 연구팀은 신형 핵-쉘 구조의 수소 음이온 전해질을 개발하고, 이를 바탕으로 세계 최초의 수소 음이온 프로토타입 전지를 구현하는 데 성공했다. 이 연구 성과는 9월 17일(베이징 시간) 국제 학술지 <네이처(Nature)>에 게재되었다.
수소는 미래 청정에너지 체계의 핵심 요소로, 일반적으로 양이온(양성자, H⁺), 음이온(H⁻), 중성 원자(H)의 세 가지 형태로 존재한다. 이 중 수소 음이온(H⁻)은 전자 밀도가 가장 높고 쉽게 극성을 띄며 반응성이 매우 강한 고유한 에너지 운반체로, 그 자체로도 과학적 가치와 응용 잠재력이 매우 크다.
다롄화학물리연구소 연구팀은 2018년부터 수소 음이온의 전도 현상에 대한 연구를 시작했으며, 2023년에는 ‘격자 왜곡을 통한 전자전도 억제’ 전략을 제시하며, 실온에서 작동 가능한 초고속 수소 음이온 전도체를 구현한 바 있다. 연구팀은 이 성과를 바탕으로, 바륨 하이드라이드(BaH₂) 박막을 세륨 트리하이드라이드(CeH₃)에 코팅한 신형 핵-쉘 구조의 복합 수소화합물 소재를 개발하였다. 이 소재는 실온에서도 빠른 수소 음이온 전도성을 나타낼 뿐 아니라, 열적 안정성과 전기화학적 안정성까지 갖춰 이상적인 전해질 소재로 평가된다.
연구팀은 이 전해질을 기반으로, 수소화알루미늄나트륨(NaAlH₄)을 양극에, 수소가 부족한 이수소화세륨(CeH₂)을 음극에 사용해, 세계 최초의 수소 음이온 기반 프로토타입 전지를 조립하는 데 성공했다. 또한 전지를 적층 구조로 설계해 전압을 1.9V까지 끌어올리고 LED 조명을 점등하는 데 성공하면서, 수소 음이온 전지로 전자기기에 전력을 공급할 수 있음을 입증했다. 이번 연구는 이론적 모델에 머물던 수소 음이온 전지가 실험실 수준의 프로토타입으로 나아간 첫 사례로 평가된다. 수소 음이온 전지는 완전히 새로운 에너지 저장 기술로서, 향후 대규모 에너지 저장, 수소 저장, 휴대용 전원, 특수 전원 장치 등 다양한 분야에서 새롭게 활용될 가능성이 크다.


참고자료:
양광망(央广网). 중국 과학자들이 최초의 수소 음이온 프로토타입 전지 개발
https://news.cnr.cn/native/gd/20250918/t20250918_527366371.shtml