화학뉴스

국내 연구팀이 나트륨 기반의 2차전지 음극 소재를 개발했다.
한국연구재단은 김도경 KAIST 교수 연구팀이 게르마늄 황화물 전극을 개발하고 전기화학적인 구동 원리를 규명했다고 7월11일 밝혔다.
최근 리튬 자원의 부족으로 LiB(리튬이온배터리)를 대체할 에너지 저장장치에 대한 연구가 활발히 진행되는 가운데, 특히 나트륨 기반 2차전지는 원료를 자연에서 손쉽게 구할 수 있고 안전성이 우수해 빠른 상용화가 기대되고 있다.
그러나 LiB 음극으로 사용하는 흑연, 고용량 실리콘(Silicone), 전이금속 산화물 등을 나트륨 2차전지에 적용하면 전기전도도가 낮아 충전‧방전 속도가 느려지며 부피 팽창으로 장기적 안정성이 부족해지는 문제점이 있었다.
연구팀은 그래핀(Graphene)에 게르마늄 황화물이 균일하게 분포된 나노 전극을 개발했다.
해당 전극은 전기전도도가 높고 부피팽창도 줄어드는 동시에 초기 용량이 805mAh/g로 이론값을 뛰어넘는 우수한 수준을 나타냈으며 수명 안정성도 뛰어났다.
게르마늄 황화물 전극의 성능이 우수한 것은 원자 배열 상태에 따른 것으로 밝혀졌다.
반응 중 물질의 조성이 균일한 고체 물질이지만 액체처럼 원자 배열이 불규칙한 비정질 상태로 유도되며 나트륨 이온 수용량이 증대됐기 때문이다.
해당 전기화학 구동 원리에 대한 이해는 다양한 나트륨 2차전지 연구의 새로운 접근법을 제공할 것으로 기대되고 있다.
김도경 교수는 “현재 나트륨 2차전지 음극재의 취약점인 고비용, 대형전지 제작의 어려움을 돌파하는 기초자료로 활용될 수 있다”며 “개발된 나노전극 소재 합성, 전극 및 2차전지 충·방전 후 성능 분석 기술은 에너지 분야 중추적인 기술로서 파급효과가 클 것”이라고 강조했다.
연구 성과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Material's) 6월25일호에 게재됐다. <강윤화 기자>