한국연구재단은 한국과학기술원 김도경 교수 연구팀이 나트륨 이차전지의 음극 소재에 사용할 수 있는 주석 황화물 나노 복합체를 개발하였다고 26일 밝혔다.

제한된 자원인 리튬을 대체할 수 있는 새로운 에너지 저장 장치의 필요성이 높아지고 있는 가운데, 최근 저렴한 비용에 원료를 쉽게 구할 수 있는 나트륨 이차전지에 많은 관심이 모아지고 있다.

하지만 흑연이나 고용량 실리콘, 전이금속 산화물 등 리튬 이차전지 음극 소재를 나트륨 이차전지에 적용할 경우 충·방전 시 속도 저하 및 부피 팽창 등의 문제가 발생해 나트륨 이차전지에 적합한 음극 소재 개발이 절실한 상황이다.

김 교수 연구팀은 친환경·저비용의 수열합성법을 이용하여 주석 황화물-그래핀 화합물을 합성하고, 탄소화 열처리를 통해 2nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m) 크기의 주석 황화물 나노 복합체를 개발하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 주석 황화물 나노 복합체는 초미세 나노 입자와 탄소로 열처리된 그래핀 산화물의 복합 효과로 인해 전극의 높은 초기 용량(1230mAh/g)과 우수한 속도를 보였으며, 충·방전 시 부피 팽창으로 인한 수명 감퇴를 효과적으로 막아주는 안정성을 제공했다.

특히 주석 황화물 나노 복합체를 나트륨 이차전지에 삽입하여 구동한 결과, 기존 주석 황화물 전극의 이론용량에 준하는 높은 방전용량을 기록하고 고속 충·방전 시에도 높은 용량을 유지하는 우수한 율속 특성을 보였다.

이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 스몰(Small) 11월 24일 자에 게재되었다.

김도경 교수는 “이번 연구 결과는 나트륨 이차전지 음극 소재의 취약점인 안정성, 대형 전지 제조의 어려움 등을 극복하고 나트륨 이차전지 음극 소재를 개발할 수 있는 밑거름을 마련하였다”라며 “현재의 이차전지 성능을 획기적으로 개선하고 경제성 확보를 통한 실용화도 진행할 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구의 의의를 설명했다.