RIST·POSTECH, 차세대 나트륨이온전지 성능 개선 기술 개발

차세대 배터리로 주목받는 나트륨이온전지의 성능 저하 원인을 국내 연구진이 밝혀냈다. 전지 내부 가스 발생을 줄이는 공정도 함께 개발하면서 상용화 가능성을 높였다는 평가가 나온다.

RIST(포항산업과학연구원)는 POSTECH 배터리공학과 조창신 교수 연구팀과 공동으로 나트륨이온전지 양극재의 열화 원인을 규명하고 성능 개선 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 Advanced Materials 게재가 승인됐다.

나트륨이온전지는 리튬이온전지를 대체할 차세대 배터리 후보로 꼽힌다. 원재료 확보가 상대적으로 쉽고 가격 경쟁력이 높기 때문이다. 특히 '프러시안 블루' 계열 양극재는 높은 용량을 구현할 수 있어 주목받고 있다. 

다만 양극재 내부에 남아 있는 미량의 수분이 문제로 지적돼 왔다. 충·방전 과정에서 전해액 분해와 가스 발생을 유발해 배터리 수명과 성능을 떨어뜨리기 때문이다.

공동 연구팀은 기존 고온 열처리 방식 대신 저온 액상 탈수 공정을 적용했다. 이 방법은 양극재 표면 손상을 줄이면서 수분을 효과적으로 제거할 수 있다는 설명이다.

연구 과정에서는 RIST 분석평가센터의 '실시간 전기화학 질량분석(in-situ DEMS)' 기술이 활용됐다. 해당 기술은 배터리가 실제 작동하는 동안 내부에서 발생하는 가스를 실시간으로 측정하는 분석 기법이다.

RIST 한종윤 박사와 김주원 박사는 이 기술을 통해 신규 공정을 적용한 양극재에서 이산화탄소와 수소 발생량이 크게 감소한 사실을 확인했다. 이는 전해액 분해 반응이 줄어들고 배터리 안정성이 개선됐음을 의미한다.

RIST는 이번 연구가 차세대 배터리 상용화 과정에서 주요 과제로 꼽혀온 수명 저하 문제 해결에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

RIST 분석평가센터 관계자는 “이번 성과는 대학의 기초 원천 연구와 연구원의 첨단 분석 솔루션이 시너지를 내어 차세대 전지의 상용화 장벽을 무너뜨린 모범 사례”라며, “앞으로도 포스텍을 비롯한 국내외 우수 연구진과의 개방형 협업(Open Innovation)을 한층 강화해 산업 현장의 기술 난제를 해결하는 맞춤형 분석 솔루션을 제공하겠다”고 밝혔다. 

이어 “분석기술의 끊임없는 고도화와 표준화를 통해 포스코그룹이 지향하는 환경적·경제적 리얼밸류(Real Value) 창출을 뒷받침하는 핵심 조력자 역할을 다하겠다”라고 덧붙였다.

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