5년을 써도 성능이 거의 줄지 않는 배터리 소재를 발견했다.
카이스트(KAIST)는 신소재공학과 연구팀이 나트륨 이온 이차전지를 만들 수 있는 주요 전극 소재를 발견했다고 밝혔다.
나트륨 이온 배터리는 희소 자원이 아닌 지구에 보다 풍부한 나트륨을 활용할 수 있어 차세대 배터리로 주목돼왔다. 하지만 전극 소재로 합금 반응을 거치는 물질 등을 사용할 경우 부피 팽창이 나타나거나 입자가 분쇄돼 성능이 떨어지는 단점이 있어 개발에 어려움을 겪었다.
육종민 카이스트 신소재공학과 교수와 박재열 박사과정 연구원 등이 속한 연구팀은 나트륨 이온 배터리의 음극에 사용할 수 있는 소재를 찾았다. 황화구리를 사용하면 충방전(충전과 방전) 뒤에도 안정적인 상태를 유지하고 성능이 유지된다는 것을 발견했다.
카이스트 연구팀은 황화구리를 적용한 결과 입자 결정 사이에 경계면이 형성되는 사실을 확인했다. 이것이 입자 결정 구조가 팽창하는 것을 막았다. 황화구리는 입자 크기에 관계없이 저장 능력이 높다는 사실도 발견했다. 흑연을 사용한 배터리보다 용량이 17%가량 늘었다.
새로운 나트륨 이온 배터리는 2000번을 충방전해도 저장용량이 초기의 93%까지 유지됐다. 매일 1번씩 충방전을 해도 5년 이상 기존 성능 그대로 사용할 수 있는 셈이다. 보통 많이 이용하는 리튬 이온 배터리의 경우 500번 충방전 할 경우 초기 성능의 80% 수준으로 떨어진다.
리튬 이온 배터리에 사용되는 리튬, 코발트, 니켈 등은 매우 한정적으로 존재해 가격 변동이 심하다. 반면 나트륨의 경우 리튬보다 매장량이 500배 이상 많다.
연구 결과는 학술지 '어드밴스드 사이언스' 6월 호 표지 논문으로 선정됐다.
김창욱기자 monocle@etnews.com
