경희대 이정태 교수, 나트륨 배터리 용량 높였다

포스텍 화학공학과 조창신 교수와 공동 연구
나트륨 배터리 수명향상 위한 구동 전략 제시

(왼쪽부터) 경희대 식물·환경신소재공학과 이정태 교수, 일반대학원 석사과정 홍태화, 김제덕 학생. (사진=경희대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이주영 인턴 기자 = 경희대 식물·환경신소재공학과 이정태 교수 연구팀이 다중 산화·환원 반응 물질의 수명향상을 위한 새로운 구동 전략을 제시했다고 2일 전했다.

에너지 저장 소자로 활용되는 '리튬'은 현재 휴대전화, 컴퓨터 등 전자기기에 널리 사용되지만, 특정 지역에서만 생산되고 매장량도 적다는 단점이 있다. 리튬의 대체재로 '고성능 나트륨 저장 재료'를 개발하려는 움직임이 있지만 충·방전 과정에서 일으키는 산화·환원 반응으로 인해 수명이 짧다 문제가 있다.

연구팀은 고성능 나트륨이온 배터리 전극 물질을 통해 다중 산화·환원 반응 물질의 수명을 늘릴 수 있는 전략을 도출했다. 이어 전기화학 분석을 통해 다중 산화·환원 반응 물질이 일으키는 세 가지 산화·환원 반응의 근본적 특성을 살폈다.

그 결과 수명 감소에 가장 치명적 영향을 미치는 산화·환원 반응을 찾을 수 있었다. 이후 특정 반응을 나트륨이온 배터리와 하이브리드 커패시터에서 효과적으로 제거할 수 있는 구동 전략을 세웠다.

이정태 교수 연구팀 연구 전략도. 연구팀은 Na/NVTP 반쪽 전지에서 전기화학 분석을 진행해 다중 산화-환원 물질인 NVTP의 각 산화-환원 반응의 근본적 특성을 파악하고, 왼쪽 그림과 같이 제시했다. 연구팀은 수명 특성에 악영향을 끼치는 V2+/V3+를 효과적으로 제거해 구동시키는 전략을 제시했는데, 오른쪽 그림은 이를 NVTP/AC 하이브리드 커패시터 시스템에 적용한 결과이다. (사진=경희대 제공) *재판매 및 DB 금지

연구 결과 기존의 나트륨이온 배터리가 300사이클 동안 41%의 용량을 유지했던 것과 비교해 연구진이 제시한 배터리는 91%의 용량을 유지했고, 하이브리드 커패시터는 5000사이클 동안 60%를 유지한 기존에 비해 80%를 유지했다.

이정태 교수는 "고성능 나트륨이온 전지와 하이브리드 커패시터의 설계, 개발 및 구동에 새로운 패러다임을 제시할 수 있었다"고 평가했다.

이 연구는 이교수와 경희대 일반대학원 석사과정 홍태화, 김제덕 학생이 주도했고 포항공대 화학공학과 조창신 교수가 공동으로 연구했다.

이교수는 "후속 연구를 통해 나트륨 기반 에너지 저장 소재를 포함한 다양한 차세대 에너지 저장 소재를 연구·개발할 것"이라 밝히며, 후속 연구도 포스텍과 함께 진행할 계획이라고 전했다.

연구 결과는 'Operational strategy for multiredox-reaction electrodes for long-lifespan Na-ion hybrid capacitors'라는 제목으로 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'(IF=15.1)의 11월 호에 게재됐다.

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