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※ 배터리공학과 조창신 교수 연구실: 조창신 교수, 박사과정 장승혜, 정혜빈 학생

조창신 포스텍 배터리공학과 화학공학과 교수팀과 독일 올리히연구소 연구팀이 나트륨 이온 전지 배터리 수명을 획기적으로 늘릴 새로운 설계 방향을 제시했다.

연구팀은 최근 전기차와 에너지저장장치 보급이 확대되면서 리튬을 대체할 배터리에 대한 관심이 커짐에 따라 자원이 풍부하고 가격이 저렴해 대형 저장 장치에 적합한 나트륨 이온 전지 활용에 주목했다.

나트륨 이온 전지는 철 기반 프러시안블루 계열 양극재를 써 제조단가가 낮고 구조적으로 이온 이동이 쉬워 상용화 가능성이 큰 소재로 평가된다.

그러나 프러시안블루 구조 안에 포함된 결정수(crystal water)가 고전압 충전 과정에서 방출돼 전해질과 반응하고 전극 표면 산화와 용매 분해를 유발해 배터리 수명을 크게 떨어뜨리는 것이 단점이다.

조 교수는 이번 연구에서 "결정수를 완전히 제거하지 않고도 전해질 선택만으로 프러시안블루의 약점을 극복할 수 있음을 확인했다"고 설명했다.

이 같은 연구 결과를 적용한 배터리 성능 평가에서 나트륨 트라이플루오로메틸설포닐 이미데이드(NaTFSI) 전해질을 적용한 프러시안블루 양극은 고전압 조건(4.2V)에서도 안정적으로 작동했고, 500회 충·방전 후에도 77%의 용량을 유지한 반면, NaClO4 전해질에서는 전극 표면에 두껍고 불균일한 계면막이 형성되며 성능이 빠르게 저하됐다는 게 연구팀의 설명이다.

조 교수는 이번 연구결과가 "값싸고 친환경적인 나트륨 이온 전지를 대형 에너지 저장 장치와 재생 에너지 저장 시스템에 적용하는 데 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.