□  리튬 자원의 수요 증가에 따른 가격상승이 예상되는 가운데, 리튬이온 이차전지를 대체할 수 있을 것으로 기대 되는 소듐이온 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

□ 한국기초과학지원연구원(원장 이광식, 이하 기초지원연) 순천센터 분석연구부 김희진 박사 연구팀은 한국과학기술원 정유성, 최장욱 교수팀과의 공동연구를 통해 소듐이온 이차전지의 성능을 개선하는데 성공했다고 6월 23일 밝혔다.

□ 김박사 연구팀은 소듐이온 이차전지의 양극소재로 사용되는 파이로인산염(Pyrophosphate) 기반 화합물(Na2CoP2O7)의 구성물질 중 소듐(Na)의 이온 농도를 인위적으로 낮추어 이차전지의 작동 전압을 크게 향상 시키는데 성공했다.

-  원자들이 결합되어 고체화 될 때 이루는 모양을 결정구조라고 하는데, 이 화합물은 결정구조에 따라 그 화학적 성질이 달라지는 다형체(多形體)의 특징을 갖는다.

-  흔히 사용되는 푸른색 결정구조 상태에서는 3V 정도의 평균전압을 나타내 에너지 밀도가 낮다는 문제점을 갖고 있었지만, 붉은색을 띄는 결정구조는 합성 조건이 까다롭고 제조에도 수 일이 걸려 이차전지의 양극소재로서 주목받지 못했었다.

-  이번 연구를 통해 연구팀은 소듐이온의 농도를 낮추어 결정구조에 결함을 만들면 수 시간 내에 붉은색 합성물이 생성되고, 양극 소재로 사용할 경우 4.3V까지 작동 전압이 높아짐을 확인하였다.

□ 이번 성과를 통해 결정구조 상 결함이 물질의 합성에 관여한다는 것이 밝혀짐에 따라, 이를 응용하면 성능이 우수한 결정구조의 소재를 선택적으로 합성할 수 있게 될 것으로 보인다.

□ 이번 연구는 실험 설계 단계부터 재료의 구조적 특성의 해석까지 광범위하게 이론 계산을 활용함으로써 최근 각광 받고 있는 전산재료과학과 분석과학기술의 융복합 연구성과로 평가받고 있다.

□ 소듐이온 이차전지는 자원 부존량 측면에서 우위에 있는 소듐을 이용하기 때문에 리튬이온 이차전지에 비해 생산 단가를 낮출 수 있어 대형 전기자동차, 태양광?풍력발전에너지 저장용 이차전지 등 대용량 전력 저장매체로 활용하기 위해 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

□ 본 연구결과는 화학 분야 유수 저널인 ‘앙게반테케미(Angewandte Chemie) 誌‘ 온라인판(논문명 : Defect-Controlled Formation of Triclinic Na2CoP2O7 for 4 V Sodium-Ion Batteries, IF=11.709)에 6월 1일 게재되었다.

□ 기초지원(연) 김희진 박사는 “이번 연구 성과는 물질의 구조를 제어할 수 있는 한 가지 방법론을 제시한 것으로, 이차 전지 전극 소재뿐만 아니라 에너지, 환경, 전기 등 다양한 분야의 소재 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

☎ 문의처 : 기초지원(연) 순천센터 분석연구부 김희진 부장(선임연구원)
061-804-4707