나트륨이온 전도성 고체전해질의 개발

전문가 제언

○ 현재 저탄소사회를 실형하기 위해 전기자동차를 비롯한 구동전원이나태양광이나 풍력발전으로 생산된 재생 가능한 에너지를 저장하기 위해 고성능 축전지 개발이 요구되고 있다. 그리고 종래 리튬이온전지에 이용된 유기전기 분해액을 무기고체 전해질로 치환할 수 있는 전고체 전지는 전해질이 불연성 고체가 되기 때문에 전지의 안정성이 향상될 뿐만 아니라 장수명을 겸비한 축전지로 기대되고 있다.

○ 전고체 나트륨전지를 실현하기 위한 중요한 기술은 실온에서 나트륨이온이 고속으로 이동할 수 있는 고체전해질 개발에 있다. 양극 활물질로는 TiS2나 NaCoO2에 대해서는 전극특성이 조사되어 있다. 최근에는 NaCrO2나 Na0.44MnO2 등도 보고되고 있다. 음극 활물질은 하드카본 등이 보고되고 있으나 나트륨전지에 적합한 음극 활물질 개발이 요구된다.

○ 나트륨이온을 이용한 실용전지로는 나트륨-황화(NAS) 전지이다. 음극에는 금속 Na, 양극에 S, 전해질에는 나트륨이온 전도성을 나타내는 -알루미나 고체전해질이 이용된다. 그러나 -알루미나는 1800℃에서 소결이 필수적이며 전지의 충방전은 300℃ 부근에서 가능한 고온형전지이다. 필자인 Hayashi 등은 75Na2S?25P2S5(mol%, Na3PS4 조성에 상당)의 유리 및 유리세라믹스 고체전해질을 개발하였다. 이 유리세라믹스(결정화 유리)는 황화물계 고체전해질에 비해서 높은 전도율을 나타내고 있다.

○ 국내에서도 가격이 저렴한 재료로 구성된 나트륨-황화(NAS) 전지에 대한 관심이 높다. 특히 포스코는 포항산업과학연구원(RIST)과 이 전지 개발에 착수하여 2015년에 상용화할 계획을 가지고 있다. 현재 사용되는 나트륨-황화(NAS) 전지는 일본의 NGK가 거의 독점을 하고 있다.

○ 현재 나트륨-황화(NAS) 전지와 같이 일본이 이 분야에서 선두이나 기존 전지의 단점을 개선하는 기술을 개발하면 추격이 가능할 것이다. 성능이 우수한 고체전해질에 대한 연구가 필요하며 이 문헌과 같이 유리 세라믹은 결정성장과 열처리 과정이 중요하다. 새로운 고체전해질에 대한 많은 연구가 수행되길 기대한다.

저자

Akitoshi Hayashi

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2012

권(호)

25(1)

잡지명

マテリアル インテグレ-ション

과학기술
표준분류

재료

페이지

17~21

분석자

김*환

분석물

• 나트륨이온 전도성 고체전해질의 개발.pdf [329,028 byte]

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