한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 정경윤 단장팀은 소금 성분인 염화나트륨(NaCl)을 나트륨이온 이차전지 전극 소재로 쓸 수 있는 가능성을 확인했다고 6일 밝혔다.
나트륨이온전지는 현재 ‘차세대 전지 후보’ 중 하나로 연구되고 있는 전지다. 소형 전자기기, 전기자동차 등에 널리 쓰는 리튬이온전지와 구조가 유사하면서도 비싼 리튬 대신 소금의 주요 원소인 나트륨을 쓰기 때문에 원료 가격이 저렴해 경제성이 뛰어날 것으로 기대된다.
나트륨이온전지를 개발·상용화하려면 전지 내에서 전기화학 반응에 참여하는 양극(+)과 음극(-)을 값싸고 안정적인 소재를 이용해 개발하는 것이 중요하다.
KIST 연구진은 이 연구에서 전기화학적 반응을 이용해 염화나트륨을 양극 소재에 적합한 구조로 만들었다.
염화나트륨은 바닷물에서 쉽게 얻을 수 있는 친숙한 물질이지만, 자연에 존재하는 염화나트륨인 소금은 나트륨이온이 이동하기 어려운 구조여서 지금까지 이차전지의 전극 소재로 사용되지 못했다.
정 단장은 “전기화학적 활성화 반응을 이용해 염화나트륨의 구조를 바꿨다”며 “염화이온을 나트륨이온이 감싸고 있는 구조가 되면 전극으로 사용할 수 있다”고 말했다.
연구진에 따르면 전극 소재는 나트륨이온이 소재 내외로 원활하게 이동할 수 있어야 하지만 염화나트륨은 나트륨이온이 이동하기 어려운 구조로 돼 있다. 연구진은 이 연구에서 염화나트륨을 특별한 전기화학적 공정을 통해 나트륨이온이 쉽게 이동할 수 있도록 구조를 바꿔 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 확인한 것이다.
연구진은 2017년에는 나트륨전지의 음극 소재로 많이 쓰는 플루오린화주석(SnF₂)에 전기 전도도가 높은 물질인 아세틸렌 블랙을 섞어 새 음극재를 개발한 바 있다.
정 단장은 “해외 소재에 대한 의존성을 낮추고 경제성을 확보할 수 있는 전력저장용 이차전지의 개발 가능성을 한층 높였다”고 연구 의의를 밝혔다.
이 연구 결과는 ‘미국화학회 에너지 레터스’(ACS Energy Letters·온라인 7월 11일자)에 실렸다.