[디지털머니=이성주 기자] 한국과학기술연구원(KIST)이 나트륨이온 이차전지에 적용하기 위해 성능을 올리고 가격은 낮출 수 있는 가능성을 열었다.

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 김상옥 에너지저장연구단 박사팀이 '나트륨이온 이차전지용 음극소재'를 개발했다고 지난 18일 밝혔다.

성능은 향상되고 가격은 저렴하다는 장점이 돋보인다. 현재 리튬배터리에 상용화된 흑연 음극 소재보다 1.5배 많은 전기를 저장할 수 있는 것. 또한 충·방전을 200회 반복해도 성능 감소가 전혀 없다.

나트륨이온 배터리는 리튬보다 500배 이상 풍부한 지각 보존량을 가지는 나트륨을 기반으로 만든다. 리튬이온 배터리보다 40% 저렴해 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 무겁고 큰 나트륨 원자 특성 탓에 기존 음극 소재에는 이온이 잘 저장되지 않는 특징이 있다. 상용화를 위해서는 나트륨 이온을 안정적으로 저장하는 새로운 음극 소재 개발이 필수적이다.

이에 연구팀은 대용량 음극 소재 후보로 주목받는 금속 황화물 이황화 몰리브덴(MoS₂) 소재를 활용했다.

기존 이황화 몰리브덴은 많은 전기를 저장할 수 있지만 전기 저항이 크고 전지가 동작할 때 소재의 구조적 불안정성으로 사용되지 못했다.

연구팀은 저가이면서 친환경 재료인 실리콘 오일을 이용해 세라믹 나노코팅층을 만들어 이를 극복했다. 이황화 몰리브덴 전구체와 실리콘 오일을 섞어 열처리하는 단 한번의 공정을 통해 저항이 작고 안정적인 이황화 몰리브덴 이종복합 소재를 제작했다. 코팅층의 표면에서는 전기를 추가로 저장했다.

개발된 소재는 전기화학 특성평가 결과 코팅층이 없는 이황화 몰리브덴 소재보다 2배 이상 많은 전기를 안정적으로 저장(600mAh/g 이상)할 수 있다. 5분 이내의 빠른 충방전을 200회 반복해도 용량을 그대로 유지했다.

김상옥 박사는 “나노·코팅층 표면 안정화 기술을 통해 이황화 몰리브덴 소재의 문제점이었던 높은 전기 저항과 구조적 불안정성 문제를해결했다”며 “이 기술로 전극 소재 생산 공정비용을 줄이면 대용량 전력저장장치용 나트륨 이온전지의 상용화를 앞당길 수 있다”고 말했다.

연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS Nano’ 최신 호에 게재됐다.

디지털머니 이성주 기자 reeskk@naver.com 이성주 기자의 기사 더보기

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