나트륨 이차전지, 이제 음이온에서도 반응한다

[산업일보]
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.

이차전지의 양극에서 한 종류가 아닌 두 종류의 화학반응이 일어나 전지성능을 향상시키는 방법이 제시됐다. 명승택 교수(세종대학교) 연구팀이 나트륨 이차전지 양극에서 양이온 뿐 아니라 음이온의 화학반응도 발생하도록 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

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 반응해 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 활용해 고성능 나트륨 이차전용 양극 소재를 개발한 것이다”라며, “핸드폰, 가전제품, 나아가 전기자동차 및 대형 에너지 저장 장치에도 활용될 수 있을 것이다”라고 연구의 의의를 설명했다.

연구팀에 따르면, 아연의 도핑을 통해 고용량을 구현하나, 안정성 문제로 인해 연구에 제한이 많았던 음이온 산화 환원 반응 기반의 나트륨 이차전지 양극 소재의 문제점을 원천적으로 해결했다.

기존의 것과 차별화된 고용량 나트륨 이차전지용 양극소재를 얻을 수 있다. 이를 통해, 나트륨 이차전지의 상용화시기를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.