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성능 향상된 나트륨 이차전지 기술 개발

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2019년 03월 14일 15:24 프린트하기

이차전지 원료로 가장 많이 활용되는 리튬의 희소성으로 인해 기존 리튬이차전지를 대체할 수 있는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 이어지고 있다. 픽사베이
이차전지 원료로 가장 많이 활용되는 리튬의 희소성으로 인해 기존 리튬이차전지를 대체할 수 있는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 이어지고 있다. 픽사베이

용량과 내수성이 향상된 나트륨 이차전지 기술이 개발됐다. 이차전지 양극에서 양이온뿐 아니라 음이온 화학반응도 일어나는 이차전지 기술로, 기존 리튬이온전지만큼 안정적인 성능이 구현될지 주목된다. 


명승택 세종대 나노신소재공학과 교수 연구팀은 나트륨 이차전지 양극에서 양이온 뿐 아니라 음이온 화학반응도 발생시키는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.


이차전지는 화학에너지가 전기에너지로 변환되는 방전과 역방향인 충전 과정을 통해 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 원료로 가장 많이 활용되는 리튬의 희소성으로 인해 기존 리튬이차전지를 대체할 수 있는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 이어지고 있다. 에너지 용량을 높이고 우수한 구조적 안정성을 확보하려는 노력이 핵심이다. 


연구팀은 용량과 안정성을 확보하기 위해 이차전지 양극 물질에 음이온 산화 및 환원 반응을 유도하는 아연을 30% 첨가했다. 기존에는 양이온만 산화 및 환원 반응을 일으켰다. 양이온의 산화 및 환원 반응만으로는 리튬이차전지를 대체할 수 있는 성능에 도달할 수 없다. 


연구팀은 양극물질에 아연을 30% 첨가하는 방식을 통해 양이온과 음이온이 각각 산화와 환원 반응을 할 수 있도록 해 에너지 용량을 높였다. 아연이 전지의 기둥 역할을 해 방전 도중 구조가 붕괴되는 현상을 방지했다. 구조적 안정성도 높아졌고 실제 200회 충전 및 방전 실험에서 기존 양극 물질에 비해 용량 유지율이 40% 향상된 것으로 나타났다.


명 교수는 “기존 반응 메커니즘과 다른 ‘음이온 산화-환원 반응’을 활용해 고성능 나트륨 이차전지용 양극 소재를 개발했다”며 “휴대전화, 가전제품, 전기자동차 및 대형 에너지 저장 장치에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노에너지’ 지난달 22일자에 발표됐다.

명승택 세종대 나노신소재공학과 교수. 한국연구재단 제공
명승택 세종대 나노신소재공학과 교수. 한국연구재단 제공
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