고려대, 차세대 나트륨 전지 향상 기술 개발

김영근·강용묵 교수팀, 기초과학지원연과 공동 연구
충·방전 효율 30% 이상 끌어올린 차세대 음극재 기술

왼쪽부터 고려대 박범철 박사(공동제1저자), 고려대 강용묵 교수(공동교신저자), 고려대 김영근 교수(공동교신저자), KBSI 조지웅 박사(공동제1저자). 사진=고려대

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 차세대 나트륨 전지의 성능 향상이 가능한 음극재 기술을 개발했다.

고려대는 김영근·강용묵 신소재공학과 교수팀이 한국기초과학지원연구원(KBSI)과의 공동 연구에서 이런 성과를 얻었다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 주관하는 기본연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 재료과학분야 저명 국제학술지(Journal of Materials Chemistry A)에 게재됐다.

차세대 나트륨 전지에선 수산화철이 각광받고 있다. 나트륨 이온을 고용량으로 저장·방출할 수 있고 경제성을 갖추고 있어서다. 하지만 수산화철은 원자 반경이 큰 나트륨 이온의 특성상 화학·전환반응과정에서 수반되는 철이온의 급격한 산화수 변화로 결정구조가 불안하다는 단점이 있다.

연구팀은 이런 단점을 극복하고자 산화철-아세테이트 혼합 하이브리드 전극 구조를 개발했다. 이어 철(Fe)의 산화-환원 반응을 모사, 이를 통해 전환반응 과정에서 발생하는 철 이온의 급격한 산화수 변화를 제어하는 데 성공했다. 안정적 화학반응을 유도, 나트륨 이온과의 전기화학 반응을 가역적으로 만드는 데 성공한 것. 대학 관계자는 “순수한 수산화철을 전극 소재로 사용했을 때에 비해 충·방전 효율을 30% 이상, 용량은 100% 이상 증가시키는 등 나트륨 전지의 성능을 끌어올렸다는 데 의미가 있다”고 설명했다.

연구팀의 이번 성과는 향후 고용량·저비용 차세대 나트륨 전지 개발에 기여할 전망이다. 특히 현재 상용화 중인 리튬이온전지의 성능을 획기적으로 높이는 고용량 전극소재 개발도 가능할 것으로 기대된다.

강용묵 교수는 “전기화학적 반응을 통해 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 전극 소재에 대한 관심이 커지고 있는 상황”이라며 “유기물의 반응을 결합시켜 전환 반응을 가역적으로 만드는 시도는 향후 고에너지 밀도의 전극 소재 개발에 있어 새로운 접근방법을 제시해줄 수 있을 것”이라고 말했다.

신하영 (shy1101@edaily.co.kr)