[대학저널 온종림 기자] 고려대학교와 경희대학교 연구팀이 차세대 나트륨 이차전지 양극재 개발에 성공했다.

고려대 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀과 경희대 기계공학과 김두호 교수 연구팀은 공동연구를 통해 티타늄 이온이 도핑된 나트륨 이온 양극재를 합성해 전기화학 성능을 크게 향상시켰다. 나아가 성능 향상의 구조적 원인을 ‘견고한 용수철 네트워크’라는 새 모델로 제시했다.

나트륨 이온 이차전지는 리튬 이온 이차전지의 경제성 문제를 해결할 수 있는 신재생 에너지 기술이다. 그러나 리튬 이온 전지 대비 용량과 에너지 밀도가 낮다는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 나트륨 이온 전지 양극재의 산소(음이온) 산화환원 반응을 활용하는 전략에 대한 연구들이 선행됐다.

연구팀은 기존의 나트륨 이차전지용 양극재의 전이 금속층에 소량의 티타늄을 도핑해 산소 산화환원 반응의 가역성을 높였다. 그리고 성능 향상의 원인을 ‘견고한 용수철 네트워크’ 모델로 구조적인 관점에서 설명했다.

아울러 전기화학적 분석을 통해 티타늄이 도핑된 양극재의 용량, 수명, 속도 성능 또한 향상된 것을 확인했고, 다양한 물질 분석 실험과 김두호 교수 연구팀의 범밀도함수이론(DFT) 기반 계산과학을 통해 그 원리에 대해 규명하여 이해도를 높였다.

유승호 교수는 “이번 연구 결과를 통해 기존 리튬 이온 전지를 대체할 수 있는 차세대 나트륨 이온 전지의 실용화를 한 걸음 더 앞당기는 데 도움을 줄 것”이라고 기대했다.

이번 연구성과는 국제 저명 학술지 ‘에너지 스토리지 머터리얼즈 (Energy Storage Materials)’ (IF=20.831)에 유럽 현지 시간 9월 14일 온라인 게재됐다.

[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]