KIST 정경윤 박사팀, ‘소금(NaCl)’ 활용한 나트륨 이차전지 기술 개발

최태우 / 기사승인 : 2019-08-06 09:50:26
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리튬이온 소재 대비 저렴하게 구현, 해외 소재 의존도 낮출 수 있어 장점

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 소금의 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 활용한 이차전지기술이 개발됐다. 리튬·코발트를 원재료로 사용하는 리튬이온전지 대비 저렴한 비용으로 이차전지용 전극재료를 활용할 수 있는 길이 열린 셈이다.


한국과학기술연구원(KIST)은 6일 에너지저장연구단 정경윤 박사팀이 바닷물 속에 풍부하게 존재하는 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 기반으로 하는 나트륨이온 이차전지용 전극 재료를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.


에너지저장 기술인 이차전지는 소형 전자기기, 전기자동차 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히 대규모 전력저장 장치의 경우 수 MWh~GWh 규모로 사용되기 때문에 배터리의 가격과 경제성이 중요한 요소로 작용을 한다.


가장 많이 사용되고 있는 리튬이온 이차전지는 성능이 우수하지만 리튬, 코발트 등의 원재료는 특정 지역에서만 구할 수 있고 가격이 비싸 이를 대체할 기술 개발이 진행되고 있다.


나트륨이온 이차전지의 개발을 위해서는 배터리 내에서 실제 전기화학 반응에 참여하는 양극(+) 및 음극(-) 소재의 개발이 가장 중요하다.


나트륨(NaCl)을 적용한 이차전지 모식도 [사진=KIST]

전극소재는 나트륨이온이 소재 내외로 원활하게 이동할 수 있어야 한다. 바다에서 쉽게 구할 수 있는 소금은 나트륨이온이 이동하기 어려운 구조를 띄고 있어 그간 소재로 사용하는 데 한계가 있었다.


KIST 연구진은 소금의 주요성분인 염화나트륨(NaCl)을 전기화학적공정을 통해 전극소재에 적합한 구조로 만들었다.


연구진은 NaCl의 전기화학적 활성화를 위해서 활성화공정(예비충전단계)을 적용해 B1-NaCl에 나트륨이온 빈자리를 유도하고, B1-에서 B2-NaCl로의 부분 상전이를 유도했다. 방전과정에서 나트륨이온이 NaCl 구조로 다시 이동하면서 전기화학적으로 활성인 B2-NaCl 상이 효과적으로 나트륨이온을 수용하고 나트륨이 풍부한 화합물을 형성했다.


이렇게 형성된 활성 NaCl은 초기 방전 용량이 267mAh/g을 나타냈으며 가역적으로 나트륨이온을 삽입/탈리하는 과정을 보여주면서 가능성을 검증했다고 연구진은 밝혔다.


KIST 정경윤 단장은 “바닷물에 풍부한 소금을 이차전지 전극소재로 활용할 수 있는 가능성을 열었다는 데 연구의의가 있다”며 “해외 소재에 대한 의존성을 낮출 수 있고 경제성을 확보할 수 있는 전력저장용 이차전지 개발도 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.


해당 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응사업으로 수행됐으며 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF : 16.33, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재됐다.


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