화학뉴스

국내 연구진이 나트륨이온전지 수명 연장 기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 나트륨이온전지 수명 연장의 걸림돌이었던 미세구조 뒤틀림 현상(얀-텔러 효과)을 억제하는데 성공했다.
나트륨이온전지는 기존 배터리의 리튬 대신 가격이 낮고 양이 풍부한 나트륨으로 대체한 차세대 전지이나 전지 양극으로 적합한 망간계 소재(망간이 포함된 프러시안블루 구조 소재)는 미세구조 뒤틀림이 심한 것으로 알려져 있다.
연구팀은 수용성 고농도 전해질을 사용해 배터리 양극 소재 내부의 화학반응 속도를 조절하는 방법으로 미세구조 변형을 억제했다.
유기 저농도 전해질보다 화학반응 속도를 빠르게 하는 수용성 고농도 전해질을 사용한 결과 배터리 용량 감소 현상이 줄고 수명은 연장된 것으로 알려졌다.
배터리 성능 향상은 빠른 반응 속도로 전하 재배치 현상이 일어났기 때문으로 분석되고 있다.
전하가 불균등하게 배치돼 찌그러졌던 미세구조가 전하 재배치로 찌그러지는 대신 더 크게 확장된 것으로 알려졌다.
미세구조가 찌그러지면 나트륨의 미세구조 출입과정에서 저항이 증가해 배터리 용량 감소와 수명 저하 문제가 발생한다.
연구팀은 포항방사광가속기 실험을 분석해 전하 재배치 과정을 이론적으로도 제시했다.
이현욱 교수는 “반응 속도를 높이는 전해질 개발과 같은 새로운 나트륨이온전지 안정화 연구의 방향성을 제시했다”며 “다른 고성능 2차전지 개발에도 도움이 될 것”이라고 강조했다.
연구에는 포항가속기연구소(PAL) 정영화 박사와 싱가폴 난양공대 이석우 교수팀도 참여했으며 연구 결과는 기능성 소재 분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)에 1월10일자로 공개됐다.
연구는 UNIST 미래선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 신진연구사업, 기후변화대응기술개발사업, 한국에너지평가원 에너지인력양성사업의 지원을 받아 이루어졌다. (홍인택 기자)