나노미터 수준 초미세 주석 황화물 전극소재 개발
KAIST 김도경 교수 "나트륨 이차전지 음극 소재 적용 기대"
(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 김도경 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀이 나트륨 이차전지 음극 소재에 사용할 수 있는 주석 황화물 나노 복합체를 개발했다고 26일 밝혔다.
나트륨 이차전지는 나트륨 이온을 사용해 전기화학적 산화·환원 반응을 일으키는 이차전지다.
풍부한 자원, 낮은 생산 단가, 안정성 등 장점으로 차세대 이차전지로 꼽힌다.
다만 흑연이나 고용량 실리콘 등 리튬 이차전지 음극 소재를 나트륨 이차전지에 그대로 적용할 경우 충·방전 시 속도 저하와 부피 팽창 등 문제가 생긴다.
연구팀은 친환경·저비용의 수열합성법을 이용해 주석 황화물-그래핀 화합물을 합성했다.
이어 탄소화 열처리를 통해 2㎚ 크기 주석 황화물 나노 복합체를 개발했다.
주석 황화물 나노 복합체는 초미세 나노 입자와 탄소로 열처리된 그래핀 산화물 복합 효과를 보였다.
이 덕분에 전극의 높은 초기 용량(1230㎃h/ｇ)과 우수한 속도를 갖출 수 있었다고 연구팀은 설명했다.
충·방전 시 부피 팽창으로 인한 수명 감퇴를 효과적으로 막아주는 안정성도 제공했다.
해당 복합체를 나트륨 이차전지에 삽입해 구동한 결과 기존 주석 황화물 전극 이론 용량에 준하는 높은 방전용량을 기록했다.
고속 충·방전 시에도 높은 용량을 유지하는 우수한 율속 특성(충·방전 속도에 따라 용량 유지율이 높아지거나 낮아지는 것)을 보였다.
김도경 교수는 "나트륨 이차전지 음극 소재의 취약점인 안정성과 대형 전지 제조 어려움 등을 극복할 수 있는 밑거름을 마련했다"며 "이차전지 성능을 개선하는 한편 경제성 확보를 통한 실용화 작업에 나설 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)과 과학기술정보통신부·한국과학기술단체총연합회 해외고급과학자초빙사업 등 지원으로 수행했다.
성과를 담은 논문은 재료과학 분야 국제학술지 '스몰'(Small) 지난달 24일 자에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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