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| 사진제공=숙명여대 |
숙명여대 화공생명공학부 류원희 교수<사진> 연구팀이 가시덤불을 모사한 차세대 나트륨 배터리용 고성능 나노전극소재를 개발했다고 16일 밝혔다.
이 소재는 전기자동차 및 스마트그리드 등에 이용되는 중대형 2차 전지의 가격을 낮추고 고가인 리튬배터리를 대체할 수 있어 차세대 배터리 개발의 새로운 장을 열 것으로 기대된다.
연구는 류 교수가 예일대학교 화공환경공학부 Andre D. Taylor 교수 그룹에서 박사 후 연구원으로 재직 중 수행했다.
세계환경기구 (The Nature Conservancy)에서 주관하는 네이처넷 사이언스 펠로우 (NatureNet Science Fellow) 프로그램의 지원을 받았다.
연구 결과는 미국화학회가 발간하는 나노과학분야 학술지 ACS나노 최신 온라인판에 지난달 15일 발표됐고 같은 달 16일자 예일대 공대 뉴스를 통해 주목받았다.
리튬 배터리는 그동안 스마트 폰, 노트북 같은 휴대용 전자기기 뿐만 아니라 전기자동차, 전동기구와 같은 중대형 에너지저장시스템에 이르기까지 대표적인 2차 전지로 사용됐다. 최근 2차 전지의 산업수요가 급증함에 따라 학계에서는 고가의 리튬원료 대신 바닷물 등에서 쉽게 추출할 수 있는 나트륨 원료로 대체하려는 노력이 이어졌다. 그러나 리튬이온에 비해 이온반경이 상대적으로 큰 나트륨이온은 전극물질 내로 삽입과 탈리가 어려워 배터리 성능이 크게 저하되는 문제점을 가지고 있다.
이 문제를 해결하기 위해 류 교수와 Andre D. Taylor 교수그룹은 나노가시덤불을 모사한 황화텅스텐-황화산화물 복합소재를 개발하여 나트륨배터리의 성능을 크게 향상시켰다.
류 교수는 “전기방사법을 통해 1차원 나노섬유형태의 황화텅스텐(WSx, 2<x<3)을 합성하고 공기분위기의 간단한 추가 열처리를 통해 가시덤불형태의 황화산화물을 표면에 형성시키는데 성공했다”고 설명했다. 최종으로 합성된 나노가시덤불 전극소재는 결정성이 높은 물질이 아닌 비정질에 가까운 전극물질을 합성하고 이온반경이 큰 나트륨이온도 쉽게 삽입과 탈리를 거듭할 수 있다. 황화산화물 표면보호층을 형성해 전극의 안정성과 수명특성을 향상시키는데도 성공했다.
류 교수는 “그동안 층상형 결정구조인 이황화텅스텐(WS2)에 대한 연구는 몇몇 연구진에 의해 보고되었으나 비정질구조의 삼황화텅스텐(WS3)을 나트륨배터리에 사용된 예는 없어 추후 관련 연구 개발에 도움이 될 것”이라며 “2차 전지 사업뿐 아니라 향후 다양한 나노표면형상을 제어하는 나노소재산업 및 다양한 응용 연구 분야로까지 적용 가능성을 확대할 것으로 기대된다”고 말했다.
이승원 기자 lbhlsw@viva100.com
