전남대, 고성능 탄소전극소재 개발…소듐이온 저장 용량↑
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전남대, 고성능 탄소전극소재 개발…소듐이온 저장 용량↑
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  • 승인 2019.10.18 09:07
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많은 소듐이온을 빠르게 저장할 수 있는 탄소음극소재와 이를 이용해 구성한 신규 에너지저장시스템 소듐 하이브리드 커패시터.
많은 소듐이온을 빠르게 저장할 수 있는 탄소음극소재와 이를 이용해 구성한 신규 에너지저장시스템 소듐 하이브리드 커패시터.

국내 연구진이 2차전지 시장을 주도하고 있는 리튬이온 배터리를 대체할 소듐이온의 저장성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 고성능 탄소전극소재를 개발했다. 소듐이온 기반 에너지저장시스템이나 전기자동차 개발에 기여할 전망이다.

전남대(총장 정병석)는 전영시 화학공학부 교수팀이 2년여의 연구 끝에 하드카본(탄소)의 미세구조 조절이 가능한 합성방법으로 소듐 이온의 저장에 특화된 탄소전극소재를 개발했다고 17일 밝혔다.

연구팀은 불포화 6원자 화합물인 트리아진 유기결정을 이용해 하드카본 내에 존재하는 2차원 탄소결정 크기를 크고, 층간 간격을 넓게 하는 방식으로 소듐 이온의 삽입 및 탈리를 용이하도록 했다. 이를 소듐-하이브리드 커패시터 등과 같은 에너지저장장치에 적용했을 때 1만 사이클( 배터리 수명 기간 전체 및 부분 충·방전 과정)후에도 에너지 용량을 95.7% 유지해 장기간 충·방전해 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 세계 최고 수준의 소듐 이온 저장능력이다.

소듐이온 배터리에 사용되는 소듐은 리튬보다 훨씬 싸고 바닷물 등 지구상에 널리 분포돼 쉽게 구할 수 있다. 또 리튬이온 배터리에 비해 충전율이나 수명, 생산 비용 등에서 효과적이며 풍력이나 태양광 같은 신재생에너지를 대량으로 저장할 수 있다.

전 교수의 이번 연구는 저가의 탄소전극소재를 활용해 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 소듐 이온 배터리나 커패시터 개발을 위한 단초가 될 것으로 예상된다. 과학기술정보통신부 기초연구실(BRL)지원사업과 신진연구자지원사업, 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업(CAP) 일환으로 수행된 이번 연구결과는 미국 화학회 학회지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 온라인 최신판에 게재됐다.

전영시 교수는 “값싼 원료인 소듐을 간단히 섞어주는 방식으로 개발한 탄소전극소재는 에너지 출력밀도와 가격, 안정성을 모두 충족시켰다”며 “원료공급 부족 및 가격 상승이 우려되는 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 소듐-하이브리드 커패시터 대량생산이 가능하다”고 말했다.

전영시 전남대 화학공학부 교수.
전영시 전남대 화학공학부 교수.

 


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