KIST, ‘성능↑·가격↓’ 배터리로 전기차 시대 앞당긴다

한국과학기술연구원(KIST)이 성능은 향상되고 가격은 저렴한 배터리 소재를 개발했다.

KIST는 에너지저장연구단 김상옥 박사팀이 리튬이온 배터리보다 저렴한 나트륨이온 이차전지에 적용할 수 있는 음극 소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀이 개발한 소재는 현재 리튬이온 배터리에 상용화돼 있는 흑연 음극 소재보다 1.5배 많은 전기를 저장할 수 있고 충·방전을 200회 반복해도 성능 감소가 없다.

나트륨이온 이차전지는 리튬보다 500배 이상 풍부한 지각 보존량을 가지는 나트륨을 기반으로 만든 이차전지다. 리튬이온 이차전지보다 40% 저렴해 차세대 이차전지로 주목받고 있다.

그러나 나트륨 이온은 리튬 이온보다 무겁고 커서 현재 리튬이온전지에서 널리 사용되고 있는 흑연과 실리콘 소재에 이온을 안정적으로 저장할 수 없어 새로운 고용량의 음극 소재를 개발해야 한다.

이에 연구진은 대용량 음극 소재 후보로 주목받고 있는 금속 황화물 소재인 이황화 몰리브덴(MoS2) 소재를 활용했다. 이황화 몰리브덴은 많은 전기를 저장할 수 있지만, 전기 저항이 크고 전지가 동작할 때 발생하는 소재의 구조적 불안정성 때문에 사용되지 못하고 있었다.

연구팀은 저가·친환경 재료인 실리콘 오일을 이용해 세라믹 나노코팅층을 만들어 이를 극복했다. 이황화 몰리브덴 소재 표면의 높은 전도성과 강성을 가지는 세라믹 나노-코팅층이 소재의 저항을 낮추고 구조를 안정시켰을 뿐만 아니라 코팅층의 표면에서 추가적인 전기를 저장할 수 있었다.

김상옥 박사는 “저렴하고 친환경적인 재료를 활용하는 이 기술을 통해 전극 소재 생산 공정비용을 낮추면 대용량 전력저장장치용 나트륨 이온전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.