소금으로 배터리 만든다...?
소금으로 배터리 만든다...?
  • 정한영 기자
  • 승인 2019.08.05 09:35
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KIST 정경윤 박사팀, 바닷물에 풍부한 소금(NaCl)을 이용하여 나트륨 이차전지의 전극으로 활용
KIST 정경윤 박사
KIST 정경윤 박사

최근 기후변화대응 및 온실가스 저감을 위해 에너지 사용의 효율화가 매우 중요해지고 있으며, 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)가 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 에너지저장장치는 신재생에너지 발전단지에 설치되어야 하며, 대규모 전력저장을 통해 에너지 사용의 효율성을 높일 수 있다.

그런데 이러한 대규모 에너지저장장치의 설치를 위해서는 경제성의 확보가 매우 중요하다. 따라서 경제성을 확보한 이차전지의 개발이 매우 중요하며, 소재의 수급이 수월한 이차전지 시스템을 활용하는 것이 여러 관점에서 경쟁력을 갖추게 된다. 나트륨이온 전지는 이러한 요건들을 갖출 가능성이 있으며, 이를 위해 경제성을 갖춘 전극 소재의 활용이 매우 중요하다. 바닷물 속의 소금이 이러한 요건을 충족하고 있다

이 가운데 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지저장연구단 정경윤 박사팀은 바닷물 속에 풍부하게 존재하는 소금의 주요 구성성분인 염화나트륨(NaCl)을 기반으로 하는 나트륨이온 이차전지용 전극 재료를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

전기화학적인 에너지저장 기술인 배터리(이차전지)는 소형 전자기기, 전기자동차, 대규모 전력저장 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히 대규모 전력저장 장치의 경우 수 MWh~GWh 규모로 사용되기 때문에 배터리의 가격 및 경제성이 매우 중요한 요소로 작용을 한다.

기존의 리튬이온 이차전지는 우수한 성능을 갖고 있지만, 리튬 및 코발트 등의 원재료는 특정 지역에서만 구할 수 있을 뿐만 아니라 날이 갈수록 가격이 비싸지고 있어, 세계 각지에서 리튬을 대체할 배터리를 개발하려 노력하고 있다.

나트륨이온 이차전지는 리튬이온 이차전지의 원재료 수급 및 가격 문제를 해결할 수 있는 강력한 후보로 떠오르고 있으며, 실제로는 대규모 에너지저장장치에 적용될 수 있다. 나트륨이온 이차전지의 개발을 위해서는 배터리 내에서 실제 전기화학 반응에 참여하는 양극(+) 및 음극(-) 소재의 개발이 가장 중요하다.

전지에 사용될 수 있는 전극 소재는 나트륨이온이 소재 내외로 원활하게 이동할 수 있어야 한다. 바다에서 쉽게 구할 수 있으며, 우리에게 가장 친숙한 나트륨인 ‘소금’은 나트륨이온이 이동하기 어려운 구조로 되어 있어서 나트륨이온 이차전지의 소재로 사용되지 못하고 있었다. 학계에서는 소금 대신에 이러한 특성을 갖는 물질로 NaxMO2, NaMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni), (M= Co, Fe, Mn, Ni) 등을 연구하고 있다.

KIST 연구진은 소금의 주요성분인 염화나트륨(NaCl)을 특별한 전기화학적 공정을 통해 전극 소재에 적합한 구조로 만들었다. 이 공정을 통한 염화나트륨은 나트륨이온이 쉽게 이동할 수 있는 빈자리를 갖게 되어 나트륨 이차전지의 전극으로 사용될 수 있게 됐다. 또한 연구진은 기본 상태에서 이차전지 전극 소재로써 활성이 높지 않은 염화나트륨(NaCl) 화합물을 전기화학적으로 활성화하는 방법을 개발하여 이를 이차전지 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시하여 주목을 받고 있다.

한편, KIST 정경윤 단장은 “이번 성과는 바닷물 속에 풍부한 소금을 이차전지 전극 소재로 활용할 수 있는 가능성을 열어, 해외 소재에 대한 의존성을 획기적으로 낮출 수 있고, 경제성을 확보할 수 있는 전력저장용 이차전지의 개발 가능성을 한층 높였다”라고 밝혔다. 본 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF : 16.33, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. (논문명:Electrochemically induced metallization of NaCl: Use of the main component of salt as a cost-effective electrode material for sodium-ion batteries) 

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