다아라 매거진 _ 2018.02

기술뉴스

[Technical News]뼈 소재 모방한 이차전지용 양극소재 개발

나트륨이차전지 전기화학적 성능 40% 향상

[Technical News]뼈 소재 모방한 이차전지용 양극소재 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
뼈 소재를 나트륨이차전지용 양극소재에 적용한 개념도


한국연구재단(이사장 조무제)은 “명승택(세종대) 교수 연구팀이 인체의 뼈를 모방한 소재(NaCaPO4)를 나트륨이차전지 전극소재에 적용해 기존의 단점을 개선한 양극소재를 개발했다”고 밝혔다.

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

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 인체의 뼈 소재를 양극소재 표면에 적용해 층상구조(P2) 소재가 갖는 기존의 효율 저하 문제를 개선하는 데 성공했다.

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 교수와 조창흠 연구원은 이차전지를 구동할 때 단단한 뼈 소재가 입자의 분해 현상을 표면에서 방지하고, 전해질에 포함된 물이나 산성 물질과 먼저 반응해 양극소재가 피해를 보는 현상을 최소화하는 것을 확인했다.

명승택 교수는 “뼈 소재를 이차전지 분야에 접목시켜 우수한 특성을 보이는 나트륨이차전지용 양극소재를 개발했다”며 “나트륨이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련하고 다른 분야에도 인체 소재를 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.

명 교수는 연구의 배경을 보다 넓히고자 의학소재 및 기타 여러 분야의 소재에 대한 연구결과들을 접해보면서 특성이 우수한 소재들을 선별했다. 그 중에 기존에 해결되지 않고 있던 나트륨이차전지 양극소재에 적용이 가능한 몇 가지 소재들을 선별하던 중, 인체의 뼈 소재가 유용하게 적용될 수 있다는 가정을 갖고 실험을 진행하게 됐다고 말했다.

“연구를 진행하면서 뼈 재료를 소재에 적용할 때, 표면에 정확하게 뼈 재료가 적용됐는지 확인이 안됐다”고 말한 명 교수는 “에 따라, 뼈 물질만 따로 모의실험을 통해 확인한 후, 벼 재료가 생성되는 최적조건을 확보하고 소재에 적용해 특성이 향상된 소재를 얻게 됐다”고 밝혔다.

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