[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국연구재단은 세종대 나노신소재공학과 명승택<사진> 교수 연구팀이 매장량이 풍부한 철 산화물과 전기 전도도가 높은 신소재인 탄소나노튜브를 결합, 나트륨이온전지 양극소재 복합체를 개발했다고 16일 밝혔다.
이차전지 원료로 가장 많이 활용되는 리튬은 매장량이 적고 가격대가 높아 이를 대체할 수 있는 나트륨이온전지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 하지만 나트륨이온전지의 양극소재로 개발된 물질들은 대부분 전기 전도도가 낮아 충전과 방전 속도가 느리거나 안정성 저하의 문제를 지니고 있다.
연구팀은 신개념 이차전지 양극재로 가장 풍부한 자원 중 하나이자 다른 금속에 비교해 상대적으로 저렴한 철 산화물 중 터널구조를 갖는 베타-산화철 수산화물(β-FeOOH)에 주목했다. 여기에 전기 전도도가 높은 탄소나노튜브를 결합, 높은 전류밀도에서도 우수한 방전 용량을 보이는 복합체를 합성했다.
X선 회절기 등의 분석장비를 이용해 물성 실험을 진행한 결과, 기존 학계에 보고된 금속과 산화나트륨이 나오는 전환반응과 달리 산화철과 수산화나트륨이 나오는 새로운 반응 메커니즘을 확인했다.
 |
| 베타-산화철 수산화물 탄소나노튜브 복합체에 대한 반복적인 전환반응 개략도.[제공=한국연구재단] |
또 탄소나노튜브의 높은 전기 전도성으로 나트륨 저장을 위한 신속한 전환반응이 가능하다는 점과 탄소나노튜브가 β-FeOOH와 복합체를 형성했을 때 뛰어난 전기적 성능을 발휘한다는 사실도 밝혀냈다.
명승택 교수는 “이번 연구는 가격이 저렴한 철 이온 화합물을 이용해 새로운 전환반응을 하는 우수한 양극소재를 개발해 고가의 리튬이온전지를 나트륨이온전지로 대체할 수 있는 기반을 마련한 것”이라며 “앞으로 나트륨이온전지와 폭발위험이 적은 전고체전지 등에 충분히 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 10월 10자 논문으로 게재됐다.
구본혁기자nbgkoo@heraldcorp.com
