국내 연구진이 희귀금속으로 값비싼 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 초저가 대용량·고효율 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 새로운 배터리 소재 상용화에 기여할 전망이다.
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 엄광섭 신소재공학부 교수팀이 나트륨을 이용해 기존 리튬 이차전지 수준의 대용량·고효율 나트륨 이온 배터리를 개발했다고 16일 밝혔다.
리튬은 희귀 금속으로 지역적 편중과 가격 변동이 심해 전기자동차나 스마트 그리드 등과 같은 초대형 에너지 저장 장치에는 적합하지 않다. 대안으로 나트륨을 활용하는 연구가 활발하게 진행되고 있지만 나트륨 이온은 리튬 이온에 비해 3배 이상 무거워 전기화학반응에 많은 저항을 받는다.
특히 나트륨 이온 배터리는 용량·출력·수명·에너지 변환 효율 등이 리튬 이온 배터리에 비해 떨어진다. 상용화를 위해 전극을 더욱 두껍게 만들면서도 성능을 유지하는 기술 개발이 필요하다.
엄 교수팀은 많은 에너지를 저장할 수 있지만 저항이 큰 불화인산바나듐나트륨 양극재와 주석 인화물 음극재를 사용해 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 용액공정을 통해 불화인산바나듐나트륨 양극재의 크기를 수백 나노미터(㎚)로 제어하는 동시에 높은 전도성을 갖는 그래핀 표면에 균일하게 분포해 5~10배 높은 두께에서도 성능 저하가 거의 없는 양극을 실현했다.
또 주석대 인 비율의 특정 화학적 조성비를 갖는 주석 인화물 재료가 충·방전 과정에서 독특한 구조 변화를 일으켜 출력 성능과 수명, 에너지 변환 효율 등이 획기적으로 증가한 것으로 나타났다.
엄광섭 교수는 “리튬 이온 배터리와 동일한 무게에 같은 성능을 갖는 저가의 나트륨 이온 배터리 상용화 기술을 확보했다는 데 의미가 있다”면서 “여러 형태의 나트륨 이온 배터리를 개발할 경우 배터리 소재 해외 의존도를 낮추고 경제성도 확보할 수 있을 것”이라고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
