바닷물로 전기 만드는 전지 성능이 향상됐다

POSTECH, 킬로이트제 첨가한 양극재 개발
2000번 충·방전 반복해도 92.8% 용량 유지

포항공과대(POSTECH) 철강·에너지소재대학원 조창신 교수팀이 거의 무한정한 바닷물로 전기를 만들어낼 수 있는 해수전지의 양극재 성능을 향상시켰다. 사진=김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 철강·에너지소재대학원 조창신 교수팀이 거의 무한한 바닷물로 전기를 만들어내는 해수전지를 킬레이트제로 성능을 끌어올렸다.

연구진은 니켈헥사시아노페레이트(NiHCF)에 킬레이트제를 첨가해 해수전지 양극재를 만들었다고 20일 밝혔다. 이 양극재로 만든 해수전지는 수분 함량이 낮아져 전기화학적 성능이 향상됐다. 또한 전류와 전압 측정에서 에너지 효율이 높아졌으며, 용량도 더 늘어났다.

해수전지 충전과 방전 테스트에서 2000번 반복 과정해도 전지 용량이 92.8%를 유지했다. 또한 결함 생성률도 6% 감소했다.

리튬 이온 전지는 휴대용 전자기기나 자동차 전지에 사용된다. 하지만 리튬 자원은 한정돼 있으며 폭발 위험이 존재한다.

반면 해수전지는 상대적으로 자원 공급이 쉬운 바닷물 속 나트륨 이온으로 에너지를 생산하는 전지다. 바닷물 속 나트륨 이온이 해수전지의 양극과 음극을 오가며 전기 에너지를 생성하고 저장한다. 또, 별도의 처리 과정 없이 해수를 바로 사용해 환경친화적이다.

지금까지 개발된 해수전지의 양극에는 NiHCF가 쓰이는데 제작과정에 결함이 많이 생기는 문제를 안고 있다. 연구진은 이를 해결하기 위해 킬레이트제를 활용했다.

연구진은 킬레이트제 첨가 효과를 확인하는 비교 실험을 진행했다. 우선 현미경 관찰 결과, 킬레이트제가 없는 양극재는 나노 크기의 입자가 무작위로 뭉치면서 마이크로미터(μm) 크기의 입자가 형성돼 있었다.

반면, 킬레이트제를 첨가한 양극제는 200~300 나노미터(nm) 크기의 정육면체 입자가 개별적으로 만들어졌다.

연구진은 "킬레이트제가 없는 양극제는 여러 입자들이 뭉쳐져 있어 전기 생산에 더 불리하다"며 "킬레이트제가 들어간 양극재는 입자 자체의 크기가 더 크지만 고르게 형성됐다"고 설명했다.

조창신 교수는 화학공학과 정혜빈 박사과정생과 함께 이번 해수전지 연구 성과를 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자