나트륨 이차전지의 용량 및 내구성 획기적 향상

이차전지의 양극에서 한 종류가 아닌 두 종류의 화학반응이 일어나 전지성능을 향상시키는 방법이 제시되었다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 세종대학교 명승택 교수 연구팀이 나트륨 이차전지 양극에서 양이온 뿐 아니라 음이온의 화학반응도 발생하도록 개발했다고 밝혔다.

리튬 원자재의 희소성으로 인해 기존 리튬이차전지를 대체할 수 있는 나트륨 이차전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 나트륨 이차전지를 상용화할 수 있도록 에너지 용량을 높이고 우수한 구조적 안정성을 확보하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 이차전지의 양극에서 기존에는 양이온만 산화-환원 반응을 일으켰던 것과 달리, 기존 양극 물질에 음이온의 산화-환원 반응을 유도하는 아연을 30% 첨가했다. 이를 통해 양이온과 음이온이 각각 산화-환원 반응하여 에너지 용량이 높아지도록 했다.

구조의 기둥 역할을 하는 아연의 영향으로 구조적 안정성 또한 우수해져, 200회의 충전 및 방전 실험에서 기존 양극 물질에 비해 40%의 용량 유지율 향상을 보였다.

명승택 교수는 “기존의 반응 기작과 다른 ‘음이온 산화-환원 반응’을 활용하여 고성능 나트륨 이차전용 양극 소재를 개발한 것이다”라며, “핸드폰, 가전제품, 나아가 전기자동차 및 대형 에너지 저장 장치에도 활용될 수 있을 것이다”라고 연구의 의의를 설명하였다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업 등의 지원으로 수행되었다. 연구 결과는 에너지분야 국제학술지 ‘나노에너지(Nano Energy)’에 2월 22일 게재되었다.