국내 연구진, 리튬이온전지 대체 소듐이온전지 성능 향상 기술 개발

국내 연구진이 리튬이온 배터리를 대체할 것으로 기대되는 소듐이온 배터리의 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다.

김희진 한국기초과학지원연구원 박사(사진) 연구팀과 정유성·최장욱 KAIST 교수 연구팀은 공동 연구를 통해 소듐이온 배터리의 양극 소재로 쓰이는 물질의 소듐이온 농도를 조절해 배터리의 전압을 크게 늘리는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

소듐(Sodium)은 그동안 독일어식 표기 방식인 나트륨으로 불렸지만 대한화학회가 공식 명칭을 소듐으로 개정했다. 원소 기호는 기존과 동일한 ‘Na’로 표기한다.

스마트폰이나 노트북 등 디지털 기기에는 리튬이온 배터리가 주로 쓰인다. 주 원료인 리튬은 자원 부존량이 제한적이고 수요가 많아 리튬이온 배터리의 생산 단가가 높다. 소듐이온 배터리를 상용화하면 리튬이온 배터리에 비해 생산 단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 소듐이온 배터리의 양극 소재로 사용되는 ‘파이로인산염’ 기반 화합물(Na₂CoP₂O7)의 구성물질 중 소듐(Na)의 이온 농도를 인위적으로 낮춰 배터리의 전압을 크게 늘리는 데 성공했다. 기존 소듐이온 배터리의 평균 전압은 약 3볼트(V)에 불과했지만 소듐 이온 농도를 강제로 낮춘 화합물을 양극소재로 사용할 경우 소듐이온 배터리의 전압이 4.3V로 높아졌다.

김희진 박사는 “이번 연구 성과는 물질의 구조를 제어하는 것만으로 2차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다는 방법론을 제시한 것”이라며 “대용량 전력이 필요한 전기차나 태양광 및 풍력발전 저장용 2차전지에 소듐이온 배터리를 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구결과는 화학 분야 국제 학술지인 ‘앙게반테케미’에 게재됐다.