'비싼 리튬전지 비켜라' 나트륨이온전지 양극 소재 개발

'비싼 리튬전지 비켜라' 나트륨이온전지 양극 소재 개발

세종대 명승택 교수팀 "철 산화물＋신소재 탄소나노튜브 결합"





(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 명승택 세종대 교수 연구팀이 철 산화물과 신소재 탄소나노튜브를 결합하는 방법으로 나트륨이온전지 양극 소재 복합체를 개발했다고 16일 밝혔다.

나트륨이온전지는 이차전지 원료로 활용되는 리튬 대체재로 제시된다.

리튬은 매장량이 많지 않아 몸값이 비싸기 때문이다.

기존 나트륨이온전지 양극 소재로 개발된 물질은 대부분 전기 전도도가 낮아 느리게 충전됐다.

안정성 저하도 한계로 지적됐다.

연구팀은 가장 풍부한 자원 중 하나이자 상대적으로 저렴한 철 산화물 중 터널 구조를 갖는 '베타-산화철 수산화물'(β-FeOOH)에 주목했다.

여기에 전기 전도도가 높은 탄소나노튜브를 결합해 복합체 산화철(3가) 수산화물/탄소나노튜브를 합성했다.

합성한 복합체는 높은 전류밀도에서도 우수한 방전 용량을 보였다. 전류밀도는 단위 면적을 통해 흐르는 전류량을 뜻한다.

연구팀은 엑스선 회절기 등 분석 장비를 이용해 물성 실험을 진행한 결과 산화철과 수산화나트륨이 나오는 새로운 반응 메커니즘을 확인했다.

기존 학계에 보고된 금속·산화나트륨 발생 전환반응(전기화학 반응 중 하나로, 반응 동안 분해·형성 과정이 일어남)과는 달랐다.

탄소나노튜브의 높은 전기 전도성으로 나트륨 저장을 위한 신속한 전환반응이 가능하다는 점, 탄소나노튜브와 베타-산화철 수산화물이 복합체를 형성했을 때 뛰어난 전기적 성능을 발휘한다는 점도 규명했다.


명승택 교수는 "저렴한 철 이온 화합물을 이용해 새로운 전환반응을 하는 우수한 양극 소재를 개발한 것"이라며 "고가의 리튬이온 전지를 나트륨이온전지로 대체할 수 있는 기반을 마련했다고 보면 된다"고 설명했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재 디스커버리 사업 등 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 에너지 분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano energy)' 지난달 10일 자에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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