경희대, 나트륨 이온 배터리 성능 개선 기술 개발

에테르 전해질·이종 전극으로 속도·안정성 개선

경희대 전경.

경희대학교(총장 김진상)는 유재수 웨어러블융합전자연구소 교수 연구팀이 중국 양저우대학교 연구진과 나트륨 이온 배터리의 전극과 전해질을 새롭게 설계해 성능을 향상시키는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 배터리의 핵심 부품인 전극과 전해질을 동시에 개선해 기존 나트륨 이온 배터리의 한계였던 느린 반응 속도와 낮은 계면 반응성을 극복했다. 전극은 계면 일함수 차이가 큰 이종 구조(M/-(OH)x)로 설계해 전극 내부에 강한 전기장을 유도하고, 전하 재분배와 전자 이동을 촉진해 계면 반응성을 크게 높였다.

전해질은 기존보다 점성이 낮고 나트륨 이온의 이동성이 뛰어난 에테르계 물질을 적용했다. 이를 통해 나트륨의 용해와 이동이 원활해졌고, 에너지 소모도 줄일 수 있었다.

연구팀은 새롭게 설계한 전극과 전해질을 결합해 배터리 테스트를 진행한 결과, 1000회 이상 충·방전 이후에도 높은 수준의 가역 용량을 유지했고, 에너지 밀도와 안정성 또한 우수한 성능을 보였다.

현재 대부분의 전자기기와 전기차에는 리튬 이온 배터리가 쓰이지만, 리튬 자원의 희소성과 높은 가격으로 인해 나트륨 이온 배터리가 대체재로 주목받고 있다. 나트륨은 매장량이 풍부하고 가격이 저렴해 자원 확보에도 유리하지만, 상대적으로 낮은 반응성과 효율 때문에 기술적 보완이 필수적이다.

유재수 교수는 “배터리의 핵심 요소인 전극과 전해질을 동시에 최적화해 구조적 안정성과 성능을 모두 개선했다”며 “리튬보다 저렴한 나트륨을 사용하면서도 성능을 유지할 수 있어 실용화 가능성이 매우 크다”고 말했다.

이번 성과는 에너지 소재 분야의 세계적 학술지 'Advanced Energy Materials(IF=24.4, JCR Top 2.93%)' 4월호에 게재됐다.

용인=김동성 기자 estar@etnews.com