경상국립대, 나트륨 이온 배터리 성능·안정성 개선 음극 소재 개발

[진주=뉴시스]경상국립대 화학과 나트륨 이온 배터리개발 연구팀 사진.왼쪽부터 진영호 박사과정, 유혜린 석사과정, 인하대 신소재공학과 김상현 교수, 경상국립대학교 화학과 최재원 교수.(사진=경상국립대 제공)[e-mail] *재판매 및 DB 금지

[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 경남 진주 경상국립대학교 화학과 최재원 교수 연구팀과 인하대학교 신소재공학과 김상현 교수 연구팀이 나트륨 이온 배터리(SIB)의 성능과 안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 음극 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

이번 연구는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)와 구리주석황화물(Cu3SnS4)을 결합한 복합소재(Cu3SnS4@CNT)가 우수한 전기화학적 성능을 발휘함을 입증했다.

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있으나 나트륨 이온의 크기와 무게로 인해 충·방전시 성능 저하와 안정성 문제가 발생해 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 간단한 콜로이드 합성법을 활용해 나노 크기의 복합소재(Cu3SnS4)를 탄소나노튜브 표면에 균일하게 성장시키는 방식을 개발했다.

이 복합체는 200회의 충·방전 후에도 461.4 mAh/g(전류밀도:0.5 A/g), 900회의 충·방전 후 405.8 mAh/g(전류밀도:1.0 A/g)의 우수한 용량을 유지했으며, 고온 환경(50도 및 70도C)에서도 뛰어난 성능(520.3 mAh/g 및 523.9 mAh/g)을 입증했다.

연구팀은 이번 성과를 통해 기존 금속 칼코게나이드(metal chalcogenide)의 초기 용량 감소 및 구조적 불안정을 효과적으로 개선했다.

또한 정전류 간헐적 적정법(GITT)을 활용해 소재의 전기화학적 거동과 과전압을 정밀 분석했다.

이 소재는 고온 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있으며, 차세대 나트륨 이온 배터리의 실용화 가능성을 크게 확장할 것으로 기대를 모으고 있다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계적 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal)'(IF 13.4, JCR 상위 3.1%)에 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 신진연구, 기초연구실, GADIST 개척연구팀, G-LAMP 사업 및 4단계 두뇌한국21 (BK21) 지원사업을 통해 수행됐다.

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