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차세대 ‘나트륨-공기 전지’ 성능 저하 미스터리 풀었다

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차세대 ‘나트륨-공기 전지’ 성능 저하 미스터리 풀었다

2016.02.22 18:00

서울대 제공
서울대 제공

국내 연구진이 차세대 에너지 저장 장치로 주목받는 ‘나트륨-공기 전지’의 성능을 떨어뜨리는 원인을 찾아냈다. 그간 성능 저하 원인이 밝혀지지 않아 학계에서는 미스터리로 불렸다.

 

강기석 서울대 재료공학부 교수팀은 나트륨-공기 전지의 효율과 수명을 저하시키는 원인을 찾아 전지 성능을 끌어올릴 수 있게 됐다고 22일 밝혔다.

 

나트륨-공기 전지는 지구상에 풍부한 나트륨과 공기를 이용하는 만큼 경제성이 높아 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있다. 또 나트륨과 반응하는 소재로 산소를 쓰기 때문에 가볍고 에너지 저장 효율도 높다.

 

하지만 화학반응의 결과물로 생기는 물질이 연구팀마다 다르게 나타나고, 전지의 효율이 이론치보다 낮게 나타나는 등 실효성 논란이 있었지만 아직까지 이런 문제의 원인조차 밝혀지지 않았다.

 

나트륨-공기 전지 반응생성물 간 관계를 나타낸 모식도. 연구팀은 전해질과의 반응 때문에 본래 반응생성물인 나트륨초과산화물(Na2O2)이 나트륨과산화물이나, 나트륨초과산화물 수화물 등의 형태로 변화한다는 점을 확인했다. - 서울대 제공
나트륨-공기 전지 반응생성물 간 관계를 나타낸 모식도. 연구팀은 전해질과의 반응 때문에 본래 반응생성물인 나트륨초과산화물(Na2O2)이 나트륨과산화물이나, 나트륨초과산화물 수화물 등의 형태로 변화한다는 점을 확인했다. - 서울대 제공

연구팀은 나트륨과 산소가 반응해 나온 나트륨산화물이 전지 속 전해질(에테르 계열 유기용매)과 반응하며 화학적 상태가 바뀌기 때문에 이런 문제가 발생한다는 점을 확인했다.

 

본래 나트륨초과산화물 형태가 나와야 하는데, 전해질과 반응하면서 나트륨과산화물로 바뀐다는 것이다.

 

나트륨과산화물은 나트륨초과산화물보다 분해되는 데 더 많은 에너지가 필요해 결국 전지의 효율이 떨어진다. 또 이 과정에서 전해질이 소모되는 바람에 부품이 망가져 전지의 수명도 짧아진다.

 

강 교수는 “나트륨-공기 전지의 반응 메커니즘을 규명해 문제의 원인을 밝힌 만큼 전지의 성능과 수명을 개선하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

 

연구 결과는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 19일자에 실렸다.

 

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