비싼 리튬 대체 ‘나트륨 이온 배터리’ 고용량화 기술 개발 - 조선비즈

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입력 2020.06.16 10:04

GIST "리튬 이온 배터리보다 저렴한 2차전지 상용화 기대"

엄광섭 광주과학기술원(GIST) 교수팀이 개발한 고용량 나트륨 이온 배터리로 실제 LED를 작동시키는 모습. /GIST 제공

국내 연구진이 리튬보다 값싼 나트륨으로 고용량 2차전지를 개발했다.

엄광섭 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수 연구팀이 나트륨을 이용한 ‘나트륨 이온 배터리’를 리튬 이온 배터리 수준으로 고용량화했다고 16일 밝혔다.

현재 널리 쓰이고 있는 2차전지인 리튬 이온 배터리에 쓰이는 리튬은 희귀한 금속이다. 때문에 전기차처럼 대형 배터리가 필요한 분야에 사용하기에는 비용이 많이 든다는 한계가 있다.

주변에서 쉽게 구할 수 있는 나트륨은 리튬과 화학적 성질이 비슷해 차세대 2차전지의 소재로 주목받고 있다. 하지만 나트륨은 리튬보다 3배 이상 무겁기 때문에 전지로 만들 경우 용량, 수명, 에너지 변환 효율 등의 성능을 떨어뜨린다는 문제가 있다.

연구팀은 나트륨 화합물의 일종인 ‘불화인산바나듐나트륨’을 전극 재료로 활용한 새로운 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 불화인산바나듐나트륨은 많은 전기를 저장할 수 있지만 전기 저항이 커서 실제 활용에는 한계가 있었는데, 연구팀은 이 물질을 물에 녹여 전기가 잘 통하는 그래핀 표면에 균일하게 분포시키는 공정을 통해 전기 저항을 낮추고 한계를 극복했다.

연구팀이 개발한 나트륨 이온 배터리의 용량은 기존보다 2배 수준으로, 현재 쓰이고 있는 리튬 이온 배터리와 비슷한 수준으로 측정됐다.

연구팀은 "이 배터리를 실제로 사용해 3V(볼트)짜리 LED 100여개를 켜는 데 문제가 없었다"고 설명했다.

엄 교수는 "새로운 고용량, 저가의 나트륨 이온 배터리를 개발하는 데 필요한 기초적인 설계 방법을 확립했을 뿐만 아니라 상용화를 위한 가장 중요한 기술을 확보했다"며 "나트륨 이온 배터리를 상용화해 배터리 소재에 대한 해외 의존도를 낮출 수 있도록 후속 연구를 진행할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 첨단소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 9일자로 게재됐다.

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