전남대 이윤성 교수

[헤럴드경제(광주)=서인주 기자] 전남대학교 이윤성 교수 연구팀이 차세대 나트륨 이차전지의 효율을 높이는 기술을 개발했다.

전남대 이윤성 교수(화학공학부)팀은 기존 나트륨 이차전지에서 야기되는 여러 문제를 개선할 수 있는, in-situ 표면 개질 기술을 통해 일련의 하이브리드 (유/무기)형 나트륨 이온 전도성 계면(물질의 경계층)을 제안했다.

연구팀은 나트륨 금속 음극 근처에 Na-In, Na-Bi, Na-Zn, Na-Sn 하이브리드 전도성 계면을 형성하게 되면 금속과 전해질 사이의 상간 저항을 줄일 수 있고, 이렇게 제안된 4개의 전도성 층간 상은 높은 전류와 용량의 변화에도 균일한 나트륨 이온 증착을 효과적으로 조절할 수 있음을 밝혀냈다.

이같은 다기능 하이브리드 인터페이스는 유무기 성분을 모두 포함하고 있어 나트륨 이온의 빠른 이동을 원활하게 하고, 나트륨 덴드라이트(전지 내 금속 응고) 성장을 억제할 수 있으며, 높은 기계적 안정성을 가지고 있어, 자연 상태의 나트륨보다 매우 향상된 전기화학 성능을 제시했다.

나트륨 이차전지의 재료는 쉽게 구할 수 있는 풍부한 재료로서 전기화학적 변화가 적어, 대용량 에너지 저장 장치로 활용될 수 있다.

하지만, 배터리를 최초에 충전할 때 음극 표면에 형성되는 막인 SEI(Solid Electrolyte Interface)층이 불균일하게 형성되면 나트륨 이온이 불균일하게 분포하게 되고, 이는 활성 나트륨 손실과 덴드라이트 성장 등을 야기하게 되어 에너지 효율을 크게 저하시키는 요인이 된다. 이는 나트륨 이차전지를 실제 대용량 에너지 저장장치로 활용하는 데 장애가 되고 있다.

이번 연구에는 이윤성 교수와 공동교신저자로 이름을 올린 Thangavel Ranjith 조교수는 이 교수의 지도 아래 신화학소재공학과 석·박사 통합과정을 수료했고, 지난해 인도공과대학-구와하티의 조교수로 부임한 이후에도 꾸준한 공동연구를 진행하고 있다.

이 연구 결과는 화학/재료 분야 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’(Advanced Functional Materials, 영향력지수 19.924) 온라인판에 게재됐으며, 10월호 표지논문으로 게재될 예정이다.