소금으로 배터리를 만든다, 저렴한 배터리 개발 가능성↑
소금으로 배터리를 만든다, 저렴한 배터리 개발 가능성↑
  • 한국과학경제
  • 승인 2019.08.06 12:00
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바닷물에 풍부한 소금(NaCl)을 이용하여 나트륨 이차전지의 전극으로 활용
IST 에너지저장연구단 정경윤 단장 연구팀에서 개발한 코인 셀(coin cell) 형태의 나트륨이온 이차전지의 분해도: 연구팀은 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 전극(가운데 검은색)으로 제작 후 전기화학적 공정을 통해 활성화했다.
IST 에너지저장연구단 정경윤 단장 연구팀에서 개발한 코인 셀(coin cell) 형태의 나트륨이온 이차전지의 분해도: 연구팀은 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 전극(가운데 검은색)으로 제작 후 전기화학적 공정을 통해 활성화했다.
KIST 에너지저장연구단 정경윤 단장팀의 이크라 모이즈(Iqra Moeez) 연구원(제1저자)이 개발한 나트륨이온 이차전지를 테스트하고 있다.
KIST 에너지저장연구단 정경윤 단장팀의 이크라 모이즈(Iqra Moeez) 연구원(제1저자)이 개발한 나트륨이온 이차전지를 테스트하고 있다.

 

한국과학경제=이수근 기자】 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 정경윤 박사팀은 바닷물 속에 풍부하게 존재하는 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 기반으로 하는 나트륨이온 이차전지용 전극 재료를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

전기화학적인 에너지저장 기술인 배터리(이차전지)는 소형 전자기기, 전기자동차, 대규모 전력저장 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히 대규모 전력저장 장치의 경우 수 MWh~GWh 규모로 사용되기 때문에 배터리의 가격 및 경제성이 매우 중요한 요소로 작용을 한다.

기존의 리튬이온 이차전지는 우수한 성능을 갖고 있지만, 리튬 및 코발트 등의 원재료는 특정 지역에서만 구할 수 있을 뿐만 아니라 날이 갈수록 가격이 비싸지고 있어, 세계 각지에서 리튬을 대체할 배터리를 개발하려 노력하고 있다.

나트륨이온 이차전지는 리튬이온 이차전지의 원재료 수급 및 가격 문제를 해결할 수 있는 강력한 후보로 떠오르고 있으며, 실제로는 대규모 에너지저장장치에 적용될 수 있다. 나트륨이온 이차전지의 개발을 위해서는 배터리 내에서 실제 전기화학 반응에 참여하는 양극(+) 및 음극(-) 소재의 개발이 가장 중요하다.

전지에 사용될 수 있는 전극 소재는 나트륨이온이 소재 내외로 원활하게 이동할 수 있어야 한다. 바다에서 쉽게 구할 수 있으며, 우리에게 가장 친숙한 나트륨인 ‘소금’은 나트륨이온이 이동하기 어려운 구조로 되어 있어서 나트륨이온 이차전지의 소재로 사용되지 못하고 있었다. 학계에서는 소금 대신에 이러한 특성을 갖는 물질로 NaxMO2, NaMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni), (M= Co, Fe, Mn, Ni) 등을 연구하고 있다.

KIST 연구진은 소금의 주요성분인 염화나트륨(NaCl)을 특별한 전기화학적 공정을 통해 전극 소재에 적합한 구조로 만들었다. 이 공정을 통한 염화나트륨은 나트륨이온이 쉽게 이동할 수 있는 빈자리를 갖게 되어 나트륨 이차전지의 전극으로 사용될 수 있게 되었다.

KIST 연구진은 기본 상태에서 이차전지 전극 소재로써 활성이 높지 않은 염화나트륨(NaCl) 화합물을 전기화학적으로 활성화하는 방법을 개발하여 이를 이차전지 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시하여 주목을 받고 있다.

KIST 정경윤 단장은 “이번 성과는 바닷물 속에 풍부한 소금을 이차전지 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 열어, 해외 소재에 대한 의존성을 획기적으로 낮출 수 있고, 경제성을 확보할 수 있는 전력저장용 이차전지의 개발 가능성을 한층 높였다”라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF : 16.33, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다.


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