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나트륨이온 축전지의 연구 동향과 전력저장기술에 대한 기대

전문가 제언: ○ 최근 전력저장용 대형 축전지의 운반이온으로서 리튬이온을 대체하는 연구가 일본을 중심으로 활발히 진행 중이다. 그 중 나트륨이온 전지는 2010년경 연구가 본격화되어 최근에는 상온 작동 전지의 연구가 활발하다. 한편 약 300℃의 고온 상태로서 알루미나 고체전해질에서 작동하는 NaS전지는 전력저장전지로서 기대를 받았지만 2011년 발화사고 후 신중한 안전대책이 요구된다. 이외 운반 이온으로서 K+는 이온 크기가 커서 삽입 가능한 개방구조의 전극재료가 한정되며 Mg2+는 이동도가 작으며 충분한 용량을 보이는 전극활물질이 없다.

○ 일본 도쿄이과대학 연구진 등은 나트륨이온 전지의 음극활물질로서 나노 세공의 하드 카본에 주목한 결과 2012년 봄에 500 사이클 이상의 충방전과 LIB 음극과 동등한 수명이 인출되는 것을 확인했다. 스미토모전기공업은 LIB의 10분의 1 가격에 축전용량이 2배이며 작동온도를 57℃까지 낮춘 나트륨이온전지를 개발했으며 2015년 출시할 계획이다. 미국과 중국의 공동연구팀은 가열에 의해 나트륨이온전지의 충전수명을 개선하고 저장용량을 최대 128mAh/g로 하는 방안을 도출했다.

○ 우리나라는 `2012 대한민국 에너지대전'에서 포스코에너지가 국내 최초로 개발한 NaS전지를 기반으로 한 ESS를 선보였으나 나트륨이온전지에 대한 연구는 걸음마 수준이다. 2012년 세종대 연구진이 200 mAh/g 수준의 수명특성 100회 이상인 나트륨이온전지용 음극활물질을 TiO2의 나노막대 형태로서 합성했다. 한국생산기술연구원(Applied Chemistry, 2013)은 MnOOH를 열처리한 후 나트륨을 층간 삽입하여 Na0.44MnO2 나노막대를 합성 후 이를 음극으로 수계전해질에서 배터리를 구성했다. 그 결과 Na0.44MnO2 전극은 분말보다 나노막대 형태가 전류밀도 및 전압이 더 높으며 충방전이 일정한 것을 확인했다.

○ 우리나라도 포스트 LIB를 목표로 하여 삼성SDI와 LG화학 등의 소형과 중형의 LIB에서의 세계 1위인 기술력을 바탕으로 긴밀한 산학연 협력체제 구축에 의해 고성능 신규 재료의 탐색을 시작으로 하는 기반연구와 함께 기업 차원에서의 많은 관심이 필요하다.

저자: Shinichi KOMABA and Naoaki YABUUCHI
자료유형: 학술정보