소듐 이온 배터리 탄소전극소재 개발

 

■ 소듐 이온 배터리 탄소전극소재 개발

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국내 연구진이 리튬 이온 배터리를 대체할 소듐 이온 배터리의 저장 용량을 향상시킬 수 있는 고성능 탄소 전극 소재를 개발했다. 전남대학교 화학공학부 전영시 교수팀은 하드 카본(탄소) 미세 구조 조절이 가능한 합성 방법으로 소듐 이온 저장에 특화된 탄소 전극 소재를 개발했다고 2019년 10월 17일 밝혔다.

 

연구팀은 불포화 6원자 화합물인 트리아진 유기 결정을 이용해 하드 카본 내에 존재하는 2차원 탄소 결정 크기를 크고, 층간 간격을 넓게 하는 방식으로 소듐 이온의 삽입 및 탈리를 용이하도록 했다. 이를 소듐 하이브리드 커패시터 등과 같은 에너지 저장 장치에 적용했을 때, 1만 사이클( 배터리 수명 기간 전체 및 부분 충전 방전 과정) 후에도 에너지 용량 95.7%를 유지해 장기간 충·방전해 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 세계 최고 수준의 소듐 이온 저장 능력이다.

 

소듐 이온 배터리에 사용되는 소듐은 리튬 보다 훨씬 싸고 바닷물 등 지구상에 널리 분포돼 쉽게 구할 수 있다. 또한 리튬 이온 배터리에 비해 충전율이나 수명, 생산 비용 등에서 효과적이며, 풍력이나 태양광 같은 신재생 에너지를 대량으로 저장할 수 있다. 전영시 교수는 “값싼 원료인 소듐을 간단히 섞어주는 방식으로 개발한 탄소 전극 소재는 에너지 출력 밀도와 가격, 안정성을 모두 충족시켰다”며 “원료 공급 부족 및 가격 상승이 우려되는 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 소듐 하이브리드 커패시터 대량 생산이 가능하다”고 말했다.

 

교수팀의 이번 연구는 저가 탄소 전극 소재를 활용해 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 소듐 이온 배터리나 커패시터 개발을 위한 단초가 될 것으로 예상된다. 과학기술정보통신부 기초연구실(BRL) 지원사업과 신진연구자 지원사업, 국가과학기술연구회 창의형 융합 연구사업(CAP) 일환으로 수행된 이번 연구 결과는 미국 화학회 학회지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 온라인 최신판에 게재됐다.