리튬 대신 칼슘 이용 이차전지 양극소재 개발
리튬 대신 칼슘 이용 이차전지 양극소재 개발
  • 신종모 기자
  • 승인 2020.11.26 11:37
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값비싼 리튬보다 경제적인 칼슘 이용

최근 리튬 대신 칼슘이온을 이용해 충·방전이 가능한 이차전지용 양극소재가 개발돼 관련 업계에 이목을 집중시켰다.
 

대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 홍승태 교수팀은 칼슘이온의 특징을 고려해 높은 구조적 안정성을 가진 나시콘 구조(NASICON) 기반의 양극소재인 NaV₂(PO₄)₃를 개발했다고 최근 밝혔다.

이차전지는 이온이 전자와 함께 양극과 음극을 이동하면서 충전과 방전이 일어난다. 리튬은 이온당 한 개의 전자가 같이 이동하지만 칼슘은 이온당 두 개의 전자가 이동한다. 이론상 리튬이온전지보다 2배의 용량이 가능하며, 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다. 또한 풍부한 원소인 칼슘을 이용하기 때문에 값비싼 리튬보다 경제적이다.

하지만 리튬보다 큰 칼슘의 이온크기와 높은 산화수로 인해 전극물질에 구조적 변형이 발생하게 된다. 이 때문에 칼슘이온의 작동전압을 구현할 수 있는 양극소재의 개선이 필요했다. 양극소재는 방전시 이온과 전자를 받아주고, 충전시 이온과 전자를 음극으로 보내는 탈·삽입 과정의 주요 매개체이며, 전자의 작동전압을 결정하는 소재이다.

이에 연구진은 양극소재의 구조 분석과 칼슘의 탈·삽입 메커니즘 분석해 양극소재 구조에 칼슘이온이 탈·삽입되는 과정에서 발생하는 구조 변화를 규명하면서 높은 용량과 작동전압이 구현 가능함을 증명했다.

연구진 관계자는 “탈·삽입 기반의 칼슘이온 이차전지용 양극소재를 개발하고 작동 메커니즘을 최초로 규명했다”며 “이러한 작동원리를 적용하면 더욱 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 칼슘이온전지용 양극소재 개발 및 상용화에 지표가 될 것이다”고 말했다.


 


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