국내 연구진이 인체의 뼈 소재를 모방해 전기화학적 성능을 40% 높인 나트륨이차전지용 양극소재를 개발했다.
한국연구재단은 명승택 세종대학교 교수(사진)팀이 단단하고 이온 전달에 유용한 인체 뼈 소재를 나트륨이차전지 전극소재 표면에 적용해 이 같은 양극소재를 개발했다고 28일 밝혔다.
최근 이차전지 원료로 주로 사용하는 리튬이 희소성으로 인해 가격이 급등하면서 상대적으로 원료를 쉽게 구할 수 있는 나트륨이차전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 나트륨은 지구 상에서 가장 풍부한 자원 중 하나로, 나트륨이온전지는 리튬이온전지와 개념적으로 유사해 대체가 가능할 것으로 전망된다.
연구팀은 인체 뼈 소재를 나트륨이차전지 양극소재 표면에 적용해 층상구조 소재가 갖는 효율 저하 문제를 개선했다. 층상구조는 층 안의 분자 또는 원자의 결합력과 층 사이의 결합력이 다를 때 형성되는 구조를 말한다. 층상구조 소재는 초기에 고용량 특성으로 주목을 받았지만, 물리적·구조적 불안정성으로 인해 적용에 한계가 있었다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 에탄올에 뼈 소재 원료와 층상구조 양극소재를 섞어 80℃ 온도에서 증발시킨 뒤, 열처리 과정을 통해 양극소재 표면에 뼈 소재 원료를 치밀하게 부착하는 방법으로 나트륨이차전지의 전기화학적 성능을 약 40% 향상시켰다. 연구팀은 이차전지를 구동할 때 단단한 뼈 소재가 입자의 분해 현상을 표면에서 방지하고, 전해질에 포함된 물이나 산성 물질과 먼저 반응해 양극소재가 피해를 보는 현상을 최소화하는 것을 확인했다.
명승택 교수는 "뼈 소재를 이차전지 분야에 접목해 우수한 특성을 보이는 나트륨이차전지용 양극소재를 개발했다"며 "나트륨이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련하고 다른 분야에도 인체 소재를 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
|
