흑린이 나트륨 이온과 반응시 부피팽창 거동.© News1

국내 연구진이 흑린을 이용해 고용량 나트륨 이차전지 음극 물질을 개발했다.

한국연구재단은 30일 스탠포드대학교 재료공학과 이추이(Yi Cui,)교수팀에서 박사 후 연구원으로 연수중인 이현욱 박사가 이 같은 개발에 성공했다고 밝혔다.흑린(Black Phosphorus)은 결정 구조와 겉모습이 흑연과 비슷하며, 그래핀과 같은 2차원 반도체 소자 재료로 많은 연구가 이뤄지고 있는 소재다.

연구팀은 흑린과 그래핀(Graphene)을 겹겹이 구성, 나트륨 이온이 반응하기에 적합한 구조를 만들었다.

그 결과 기존 나트륨 이차전지 음극 소재로 연구되고 있는 탄소류의 Hard carbon에 비해 약 8배 향상된 용량을 가지는 것을 확인했다.

이는 현재 리튬 이차전지에 상용화되고 있는 흑연 음극에 비해서도 약 7~8배 높은 값을 가지는 것이라는 게 연구팀의 설명이다.그래핀은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 평면들의 층으로 쌓여 있는 구조의 흑연이 한 층을 이루고 있는 것이다.

연구팀은 다양한 전지 내에서의 실제 반응 관찰에 고배율 투과전자현미경을 통한 효과적인 방법을 제시한 것에 의미가 있다고 밝혔다.

연구팀은 이차전지에 대한 전반적인 투자와 인프라가 구축이 된다면 향후 5년 내 실용화가 가능성할 것이라고 예상했다.

이 박사는 “이번 연구는 나트륨 이차전지에 적합한 음극물질을 개발함으로써 나트륨 이차전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’ 온라인판에 지난 7일자 게재됐다.


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