세종대 연구팀, 뼈 소재 모방한 이차전지용 양극소재 개발

세종대학교는 명승택 교수 연구팀이 인체 뼈를 모방한 소재(NaCaPO4)를 나트륨이차전지 전극소재에 적용해 기존 단점을 개선한 양극소재를 개발했다고 1일 밝혔다.

최근 비용이 저렴하고 원료를 쉽게 구할 수 있는 나트륨이차전지에 대한 관심이 높아지면서 효율과 안정성을 높여 상용화하기 위한 연구가 활발하다.

연구책임자인 명승택 교수는 지난해 10월 매장량이 풍부한 철 산화물과 전기 전도도가 높은 신소재 탄소나노튜브를 결합한 나트륨이차전지용 양극소재 복합체를 개발해 국제학술지에 발표한 바 있다.

연구팀은 단단하고 이온 전달에 유용한 인체 뼈 소재를 양극소재 표면에 적용해 층상(P2) 소재가 갖는 기존의 효율 저하 문제를 개선하는데 성공했다. 층상구조(P2)는 층 안의 분자 또는 원자 결합력과 층 사이의 결합력이 다를 때 형성되는 구조로, 얇게 벗겨지기 쉬운 단점이 있다.

고용량 층상구조 소재는 초기에 주목을 받았지만, 구조적 불안정성에 따른 입자 분해 효율 문제가 있어 나트륨이차전지용 양극소재에 적용하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 에탄올에 뼈 소재 원료와 층상구조 양극소재를 섞어 80℃의 온도에서 증발시키고, 이후 열처리 과정을 통해 양극소재 표면에 뼈 소재 원료를 치밀하게 부착하는 방법으로 나트륨이차전지의 전기화학적 성능을 약 40% 향상시켰다.

명승택 교수는 "뼈 소재를 이차전지 분야에 접목시켜 우수한 특성을 보이는 나트륨이차 전지용 양극소재를 개발했다"며 "나트륨이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련하고 또 다른 분야에도 인체 소재를 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Material)에 지난달 22일 게재됐다.