비싼 '리튬전지'를 값싼 '나트륨전지'로, 양극 소재 개발

명승택 세종대 교수팀, 철 산화물과 신소재 탄소나노튜브 결합해 복합체 합성
리튬이온전지를 대체할 나트륨이온전지 양극소재가 개발됐다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 명승택 세종대 교수 연구팀이 매장량이 풍부한 철 산화물과 전기 전도도가 높은 신소재 탄소나노튜브를 결합해 나트륨이온전지의 신개념 양극소재 복합체를 개발했다고 16일 밝혔다. 

이차전지 원료로 가장 많이 활용되는 리튬은 매장량이 많지 않고 가격이 비싸다는 단점이 있다.

이를 대체하기 위해 나트륨이온전지 개발이 진행되고 있지만 나트륨이온전지의 양극소재로 개발된 물질들은 대부분 전기 전도도가 낮아 충전과 방전 속도가 느리거나 안정성이 저하된다는 문제점이 있다. 

명승택 교수팀은 신개념 이차전지 양극재로 가장 풍부한 자원이면서 다른 금속에 비해 상대적으로 저렴한 철 산화물 중 터널 구조를 갖는 베타-산화철 수산화물(β-FeOOH)에 주목했다.

이 물질에 전기 전도도가 높은 탄소나노튜브(CNT)를 결합해 높은 전류밀도에서도 우수한 방전 용량을 보이는 복합체 산화철 수산화물/탄소나노튜브(β-FeOOH/CNT)를 합성했다.   

연구팀은 합성된 물질에 대해 X선 회절기 등의 분석 장비를 이용해 물성 실험을 진행한 결과, 기존 학계에 알려졌던 금속과 산화나트륨이 나오는 전환반응과 달리 산화철과 수산화나트륨이 나오는 새로운 반응 메커니즘을 확인했다. 

명승택 교수는 "가격이 저렴한 철 이온 화합물을 이용해 새로운 전환반응을 하는 우수한 양극소재를 개발해 고가의 리튬이온전지를 나트륨이온전지로 대체할 수 있는 기반을 마련했다"면서 "앞으로 나트륨이온전지와 전고체전지 등에 충분히 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 나노 에너지(Nano energy)에 지난 달 10일자 논문으로 게재됐다. 

β-FeOOH/CNT 복합체에 대한 반복적인 전환반응의 개략도.<자료=한국연구재단 제공>β-FeOOH/CNT 복합체에 대한 반복적인 전환반응의 개략도.<자료=한국연구재단 제공>
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