몇 초 만에 충전 가능한 나트륨이온 배터리

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 몇 초 만에 충전 가능한 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 이 연구를 통해 리튬보다 구하기 쉬운 나트륨을 충전지에 활용할 가능성이 높아지고 있다. KAIST는 몇 초 만에 급속 충전이 가능하다고 밝히고 있다.

나트륨은 리튬보다 1,000배 가까이 풍부하게 존재한다고 알려져 있어 리튬이온 배터리 대체 에너지 저장 수단으로 활용하기 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

기존 나트륨 이온 배터리는 나트륨 이온 배터리(SIB)와 나트륨 이온 커패시터(SIC)로 크게 나뉜다. SIB는 산화환원 반응 속도가 느리고 비교적 높은 에너지 밀도가 있지만 출력 밀도가 낮고 재충전성이 좋지 않은 단점이 있다. 한편 SIC는 고출력 밀도를 갖고 있지만 에너지 밀도가 낮다는 과제가 있다. 따라서 SIB나 SIC만 사용해선 높은 에너지 밀도와 급속 충전 가능한 출력 밀도를 모두 얻을 수 없다.

이런 문제를 개선할 것으로 기대되는 게 SIB와 SIC의 장점을 결합한 나트륨 이온 하이브리드 충전지(SIHES)다. SIHES는 높은 에너지 밀도와 급속 충전 가능한 출력 밀도를 동시에 실현할 수 있지만 어떤 재료를 선택하는지가 과제가 되고 있었다.

KAIST 연구팀은 새로운 음극과 양극 재료를 개발해 높은 에너지 밀도를 유지하면서 고속 충전이 가능한 SIHES를 실현하는 데 성공했다. 연구팀에 따르면 사용한 재료는 충방전 사이클을 안정화하면서 반응 속도를 높이는 장점을 갖고 있다며 새로 개발된 SIHES는 247Wh/kg 에너지 밀도와 34,748W/kg 출력 밀도를 달성해 시판 중인 리튬 이온 배터리 에너지 밀도를 능가하는 성능을 보였다.

연구팀은 이 배터리가 현재 충전 시스템 한계를 극복할 수 있는 획기적인 것이라고 지적하며 전기차에서 스마트 전자기기, 항공우주 기술에 이르기까지 광범위한 응용이 기대된다고 말했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.