KIST, 소금 배터리 제작 성공…저렴한 배터리 개발 가능성 높여
  • 정형우 기자
  • 승인 2019.08.05 18:24
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바닷물에 풍부한 소금(NaCl)을 이용해 나트륨 이차전지의 전극으로 활용

[인더스트리뉴스 정형우 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지저장연구단 정경윤 박사팀은 바닷물 속에 풍부하게 존재하는 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 기반으로 하는 나트륨이온 이차전지용 전극 재료를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

KIST 에너지저장연구단 정경윤 단장 연구팀에서 개발한 코인 셀(coin cell) 형태의 나트륨이온 이차전지 분해도 [사진=KIST]
KIST 에너지저장연구단 정경윤 단장 연구팀에서 개발한 코인 셀(Coin Cell) 형태의 나트륨이온 이차전지 분해도 [사진=KIST]

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 작용한다.

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 배터리 개발에 힘쓰고 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 돼 있어 나트륨이온 이차전지의 소재로 사용되지 못하고 있었다. 학계에서는 소금 대신 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 돼 나트륨 이차전지의 전극으로 사용될 수 있게 됐다.

KIST 연구진은 기본 상태에서 이차전지 전극 소재로써 활성이 높지 않은 염화나트륨(NaCl) 화합물을 전기화학적으로 활성화하는 방법을 개발해 이를 이차전지 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시해 주목 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”고 밝혔다.



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