흑린 이용 나트륨 이차전지 음극 물질 개발됐다

매장량 풍부해 이차전지 조기 상용화에 도움 될 듯

▲흑린의 결정 구조 도식과 나트륨 이온과 반응했을 때의 변화 예측 이미지.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 미국에서 연수중인 국내 연구원이 흑린을 이용한 나트륨 이차전지 음극 물질을 개발했다. 매장량이 풍부한 나트륨 이차전지의 조기 상용화에 도움이 될 것으로 기대된다.

나트륨 이차전지는 현재 이차전지 시장의 대부분을 차지하고 있는 리튬 이차전지와 비슷한 원리를 가지고 있다. 리튬에 비해 매장량이 풍부해 차세대 이차전지로 불리며 많은 연구가 진행 중이다. 전지 특성(전압, 용량, 수명)이 현저하게 떨어진다는 단점을 가지고 있어 상용화를 위해서는 충·방전 사이클 특성이 우수한 고용량 나트륨 이차전지 전극 소재 개발이 요구돼

연구팀은 흑린과 그래핀(Graphene)을 겹겹이 구성해 나트륨 이온이 반응하기에 적합한 구조를 만들었다. 그 결과 기존의 나트륨 이차전지 음극 소재로 연구되고 있는 탄소류의 Hard carbon에 비해 약 8배 향상된 용량을 가지는 것을 확인했다. 이는 현재 리튬 이차전지에 상용화되고 있는 흑연 음극에 비해서도 약 7~8배 높은 값을 가지는 것이다.

전압, 용량, 수명과 관련된 나트륨 이차전지의 단점 가운데 용량을 크게 개선해 매장량이 풍부한 나트륨 이차전지의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

이번 연구에는 스탠포드대학교 재료공학과 박사 후 연구원으로 연수중인 이현욱 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구결과는 나노과학 분야의 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판에 9월 7일자(논문명: A phosphorene/graphene hybrid material as a high-capacity anode for sodium ion batteries)에 실렸다.

이현욱 연구원은 "이번 연구는 나트륨 이차전지에 적합한 음극 물질을 개발함으로써 나트륨 이차전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다"며 "다양한 전지 내에서의 실제 반응을 관찰에 고배율 투과전자현미경을 통한 효과적인 방법을 제시한 것에 의미가 있다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr