한국연구재단은 “명승택(세종대) 교수 연구팀이 인체의 뼈를 모방한 소재(NaCaPO4)를 나트륨이차전지 전극소재에 적용하여 기존의 단점을 개선한 양극소재를 개발하였다”고 밝혔습니다.
나트륨이차전지는 현재 사용하는 리튬이차전지를 대체할 것으로 주목받는 나트륨 기반의 이차전지를 말합니다. 나트륨은 지구 물질 중 부존량이 여섯 번째로 많아 리튬보다 가격이 저렴하죠.
최근 비용이 저렴하고 원료를 쉽게 구할 수 있는 나트륨이차전지에 대한 관심이 높아지면서 효율과 안정성을 높여 상용화하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.
연구책임자인 명승택 교수는 지난해 10월 매장량이 풍부한 철 산화물과 전기 전도도가 높은 신소재 탄소나노튜브를 결합한 나트륨이차전지용 양극소재 복합체를 개발하여 국제학술지에 발표한 바 있습니다.
연구팀은 단단하고 이온 전달에 유용한 인체의 뼈 소재를 양극소재 표면에 적용해 층상구조 소재가 갖는 기존의 효율 저하 문제를 개선하는 데 성공했습니다. 층상구조는 층 안의 분자 또는 원자의 결합력과 층 사이의 결합력이 다를 때 형성되는 구조로 얇게 벗겨지기 쉬운 단점이 있습니다.
고용량 층상구조 소재는 초기에 주목을 받았지만, 구조적 불안정성에 따른 입자 분해 효율 문제가 있어 나트륨이차전지용 양극소재에 적용하는 데 한계가 있었습니다.
연구팀은 에탄올에 뼈 소재 원료와 층상구조 양극소재를 섞어 80℃의 온도에서 증발시키고, 이후 열처리 과정을 통해 양극소재 표면에 뼈 소재 원료를 치밀하게 부착하는 방법으로 나트륨이차전지의 전기화학적 성능을 약 40% 향상시켰다고 해요.
명승택 교수와 조창흠 연구원은 이차전지를 구동할 때 단단한 뼈 소재가 입자의 분해 현상을 표면에서 방지하고, 전해질에 포함된 물이나 산성 물질과 먼저 반응해 양극소재가 피해를 보는 현상을 최소화하는 것을 확인했습니다.
명승택 교수는 “뼈 소재를 이차전지 분야에 접목시켜 우수한 특성을 보이는 나트륨이차전지용 양극소재를 개발했다”며 “나트륨이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련하고 다른 분야에도 인체 소재를 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 설명했죠.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등의 지원으로 수행됐습니다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 <Advanced Energy Materials>에 1월 22일 게재됐습니다.
