한국 연구팀이 나트륨으로 배터리를 만드는 기술을 개발했다

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SALT
Salt shaker on wooden table | artproem via Getty Images
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한국의 연구팀이 소금으로 충전식 배터리를 만드는 기술을 개발했다.

27일 한국연구재단에 따르면, 김도경 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 나트륨 2차 전지(충전식 배터리)의 음극소재에 쓸 수 있는 ‘주석황화물 나노 복합체’ 개발 기술을 발표했다.

현재 스마트폰 등에는 리튬을 주원료로 쓰는 충전식 배터리가 쓰이고 있다. 리튬을 쓰면 배터리를 작게 만드는 것이 쉽지만, 리튬의 매장량에는 한계가 있어 장기적으로는 가격이 오르고, 공급이 불안정해질 가능성이 높다.

한국연구재단에 따르면, 리튬 배터리를 대체할 물질로 소금의 주성분인 나트륨의 이온이 주목을 받아 왔다.

그러나 리튬 배터리의 음극 소재로 쓰던 흑연, 고용량 실리콘, 전이금속 산화물 등을 나트륨 배터리에 쓸 경우에는 부풀어 오르거나 충전과 방전 과정에서 배터리 용량이 줄어드는 문제가 반복돼 왔다.

김 교수 연구팀의 연구 결과를 보면, 연구팀에서 개발한 ‘주석황화물 나노 복합체’를 음극 소재로 사용한 결과 나트륨 배터리의 고질적인 문제를 상당 부분 극복하는 것으로 나타났다.

연구팀은 고온ㆍ고압 상태에서 물에 금속 등을 녹인 다음, 이를 원하는 형태로 가공하는 ‘수열합성법’을 이용해 주석 황화물과 그래핀(탄소단원자막) 화합물을 합성했다.

합성을 통해 얻은 복합체로 전기를 저장해보니, 1g당 1시간 동안 1230mA의 전기를 저장할 수 있었다. 고속 충 방전을 할 때에도 용량을 유지하는 것을 확인했다. 현재 100번 이상 충전과 방전을 계속해도 수명과 용량이 유지된다는 사실도 확인했다.

김 교수는 한국연구재단을 통해 “나트륨 전지를 리튬 전지 못지 않게 만들 가능성을 연 것이 이번 연구의 의의다”라며 “차세대 배터리로 각광받는 나트륨이차전지의 성능을 개선하고 실용화할 수 있도록 후속 연구를 진행할 것이다”라고 말했다.

연구 결과를 담은 논문은 재료공학 학술지인 Small에 게재됐다.


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