[과학을 읽다]물질구조 조정…이차전지 성능 높였다

국내 연구팀, 소듐이온 이차전지 성능 향상시켜

▲파이로인산염 기반 푸른색 합성물, 붉은색 합성물의 결정구조(왼쪽부터).[사진제공=기초과학지원연구원]

[아시아경제 정종오 기자] 물질구조를 조정해 이차전지 성능을 개선할 수 있다는 연구결과가 나왔습니다. 리튬 자원의 수요 증가에 따른 가격상승이 예상되는 가운데 리튬이온 이차전지를 대체할 수 있을 것으로 기대 되는 소듐이온 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐습니다.

국내 연구팀은 소듐이온 이차전지의 양극소재로 사용되는 파이로인산염(Pyrophosphate) 기반 화합물(Na2CoP2O7)의 구성 물질 중 소듐(Na)의 이온 농도를 인위적으로 낮춰 이차전지의 작동 전압을 크게 향상시키는데 성공했습니다.

이번 연구를 통해 연구팀은 소듐이온의 농도를 낮춰 결정구조에 결함을 만들면 수 시간 내에 붉은색 합성물이 생성되고 양극 소재로 사용할 경우 4.3V까지 작동 전압이 높아짐을 확인했습니다. 이번 성과를 통해 결정구조 상 결함이 물질의 합성에 관여한다는 것이 밝혀짐에 따라 이를 응용하면 성능이 우수한 결정구조의 소재를 선택적으로 합성할 수 있게 될 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 실험 설계 단계부터 재료의 구조적 특성의 해석까지 광범위하게 이론 계산을 활용함으로써 최근 각광 받고 있는 전산재료과학과 분석과학기술의 융복합 연구 성과로 평가받고 있습니다. 소듐이온 이차전지는 자원 부존량 측면에서 우위에 있는 소듐을 이용하기 때문에 리튬이온 이차전지에 비해 생산 단가를 낮출 수 있습니다. 대형 전기자동차, 태양광·풍력발전에너지 저장용 이차전지 등 대용량 전력 저장매체로 활용하기 위해 활발한 연구가 이뤄지고 있죠.

이번 연구는 한국기초과학지원연구원(원장 이광식) 순천센터 분석연구부 김희진 박사 연구팀이 수행했습니다. 연구 결과는 화학 분야 국제 저널인 '앙게반테케미(Angewandte Chemie)' 온라인판(논문명 : Defect-Controlled Formation of Triclinic Na2CoP2O7 for 4 V Sodium-Ion Batteries) 6월1일자에 실렸습니다.

김희진 박사는 "이번 연구 성과는 물질의 구조를 제어할 수 있는 한 가지 방법론을 제시한 것"이라며 "이차 전지 전극 소재뿐 아니라 에너지, 환경, 전기 등 다양한 분야의 소재 개발에 활용될 수 있을 것"이라고 말했습니다.