국내 연구팀, 나노미터 수준 초미세 주석 황화물 전극 소재 개발

 

한국연구재단은 김도경 교수 연구팀이 나트륨 이차전지의 음극 소재에 사용할 수 있는 주석 황화물 나노 복합체를 개발했다고 26일 밝혔다.

최근 저렴한 비용에 원료를 쉽게 구할 수 있는 나트륨 이차전지에 많은 관심이 모아지고 있다. 하지만 흑연이나 고용량 실리콘, 전이금속 산화물 등 리튬 이차전지 음극 소재를 나트륨 이차전지에 적용할 경우 충·방전 시 속도 저하 및 부피 팽창 등의 문제가 발생해 나트륨 이차전지에 적합한 음극 소재 개발이 절실한 상황이다.

김 교수 연구팀은 친환경·저비용의 수열합성법을 이용하여 주석 황화물-그래핀 화합물을 합성하고, 탄소화 열처리를 통해 2nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m) 크기의 주석 황화물 나노 복합체를 개발하는 데 성공했다.

김 교수 연구팀이 개발한 주석 황화물 나노 복합체는 초미세 나노 입자와 탄소로 열처리된 그래핀 산화물의 복합 효과로 인해 전극의 높은 초기 용량(1230mAh/g)과 우수한 속도를 보였다. 충·방전 시 부피 팽창으로 인한 수명 감퇴를 효과적으로 막아주는 안정성을 제공했다.

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특히 주석 황화물 나노 복합체를 나트륨 이차전지에 삽입하여 구동한 결과, 기존 주석 황화물 전극의 이론용량에 준하는 높은 방전용량을 기록했다. 고속 충·방전 시에도 높은 용량을 유지하는 우수한 율속 특성을 보였다.

김 교수는 “이번 연구 결과는 나트륨 이차전지 음극 소재의 취약점인 안정성, 대형 전지 제조의 어려움 등을 극복하고 나트륨 이차전지 음극 소재를 개발할 수 있는 밑거름을 마련했다”며 “현재의 이차전지 성능을 획기적으로 개선하고 경제성 확보를 통한 실용화도 진행할 수 있을 것”이라고 기대했다.

한편 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구), 과학기술정보통신부·한국과학기술단체총연합회 해외고급과학자초빙(Brain Pool)사업 등의 지원으로 수행됐다. 재료과학 분야 국제학술지 스몰(Small)에 11월 24일 게재됐다.