국내 연구진이 그래핀과 게르마늄 황화물로 나트륨이차전지 성능을 높이는 전극을 개발했다. 나트륨이차전지 상용화 및 새로운 이차전지 전극 개발에 기여할 전망이다.
한국연구재단(이사장 노정혜)은 김도경 KAIST 신소재공학과 교수팀이 새로운 그래핀-게르마늄 황화물 전극을 이용해 용량 및 부피팽창 문제를 해결하는데 성공했다고 12일 밝혔다.
나트륨이차전지는 리튬이차전지를 대체할 새로운 에너지 저장장치다. 자연에 풍부한 나트륨을 이용해 저렴한 것이 가장 큰 특징이다. 문제는 성능 제약이다. 주로 음극 소재로 흑연, 실리콘, 전이금속 산화물 등을 이용하는데 전기전도도가 낮아 용량 및 충·방전 속도가 기존 이차전지보다 떨어진다. 장기간 사용 시 부피가 팽창하는 안전성 문제도 부각된다.
연구팀은 그래핀에 게르마늄 황화물을 더한 새로운 음극을 개발해 문제를 해결했다.
그래핀은 자체 전기전도도가 높다. 여기에 게르마늄 황화물을 균일하게 분포하면 기존 전극을 이용할 때 보다 더 많은 전력을 보유할 수 있다. 게르마늄 황화물이 전기화학 반응 시 액체처럼 비정질 원자 배열을 이루면서 나트륨 이온 수용량이 늘어난다. 이 결과 초기용량이 1g 당 805밀리암페어아워(mAh)인 이차전지를 구현할 수 있다.
새로운 전극은 부피 팽창 문제도 해결한다. 그래핀이 전체 전지를 지지해 물리변화를 막는 역할을 한다.
연구팀은 이번 연구로 이차전지 전기화학구동원리를 파악해 다른 음극 물질 개발에도 적용할수 있다고 설명했다.
김도경 교수는 “나트륨이차전지 음극 소재가 가진 어려움을 돌파하는 연구를 진행했다”며 “확보한 전극 소재 합성, 전극, 이차전지 충·방전 후 성능 분석 기술은 향후 에너지분야에서 파급효과가 클 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
