뼈 소재 모방해 이차전지용 양극소재 개발

명승택 세종대 교수팀 연구···나트륨이차전지 전기화학적 성능 40% 향상
나트륨은 리튬보자 부존량이 많아서 가격이 상대적으로 저렴하고 쉽게 구할 수 있다. 이를 활용한 나트륨이차전지에 대한 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 가운데 효율과 안전성을 개선할 수 있는 양극소재가 나왔다. 

한국연구재단(이사장 조무제)은 명승택 세종대 교수 연구팀이 인체의 뼈를 모방한 소재(NaCaPO4)를 나트륨이차전지 전극소재에 적용해 기존의 단점을 개선한 양극소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

명승택 교수 연구팀은 단단하고 이온 전달에 유용한 인체의 뼈 소재를 양극소재 표면에 적용해 층상구조 소재가 갖는 효율 저하 문제를 개선하는데 성공했다.

고용량 층상구조 소재는 구조적 불안정성에 따른 입자 분해 효율 문제가 있어 나트륨이차전지용 양극소재에 적용하는 데 한계가 있었다. 

이에 연구팀은 에탄올에 뼈 소재 원료와 층상구조 양극소재를 섞어 80℃의 온도에서 증발시켰다. 이후 열처리 과정을 통해 양극소재 표면에 뼈 소재 원료를 치밀하게 부착하는 방법으로 나트륨이차전지의 전기화학적 성능을 약 40% 향상시켰다. 

또한, 연구팀은 이차전지를 구동할 때 단단한 뼈 소재가 입자의 분해 현상을 표면에서 방지하고, 전해질에 포함된 물이나 산성 물질과 먼저 반응해 양극소재가 피해를 보는 현상을 최소화한다는 사실을 알아냈다.  

명승택 교수는 "뼈 소재를 이차전지 분야에 접목시켜 우수한 특성을 보이는 나트륨이차전지용 양극소재를 개발했다"며 "나트륨이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련하고 다른 분야에도 인체 소재를 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Material)에 지난 22일자로 게재됐다.   

뼈 소재를 나트륨이차전지용 양극소재에 적용한 개념도.<자료=한국연구재단 제공>뼈 소재를 나트륨이차전지용 양극소재에 적용한 개념도.<자료=한국연구재단 제공>
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