한국전기연구원 나노융합연구센터 김대호·박종환 연구팀이 나트륨 이온 전지의 음극재인 하드 카본을 빠르게 만들 수 있는 기술 개발에 성공했다. 사진 제공=한국전기연구원한국전기연구원 연구진이 전자레인지 원리를 이용해 나트륨 이온 전지 음극재를 빠르게 만들 수 있는 기술을 개발했다.
전기연 나노융합연구센터 김대호·박종환 연구팀은 전자레인지의 원리인 마이크로파 유도 가열 기술을 활용해 ‘나트륨 이온 전지’의 하드카본 음극을 30초 만에 신속 제조하는 공정 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
나트륨 이온 전지(sodium-ion Battery)는 현재 가장 많이 사용되는 리튬(Li)을 나트륨(Na)으로 대체한 이차전지다. 소금의 주성분인 나트륨은 매장량이 리튬의 1000배에 달하고, 채굴이나 제련도 쉽다. 반응성도 리튬보다 낮아서 화재나 폭발 위험이 적고, 고속 충·방전에도 유리하다.
다만 나트륨 이온 전지는 제조 과정이 매우 까다로워서 상용화가 쉽지 않은 상황이다. 나트륨 이온은 리튬 이온보다 입자가 크기 때문에 기존 음극재인 흑연보다 층간 거리가 큰 하드 카본(hard carbon)이 쓰인다.
하드 카본은 자연계에 존재하지 않아 인공적으로 만들어야 하는데, 그 과정이 매우 까다롭다. 탄화수소 재료를 공기가 통하지 않는 공간에서 1000도 이상의 고온으로 장시간 태워야만 하드 카본을 만들 수 있다.
여러 연구진이 나트륨 이온 전지에 쓰일 하드 카본을 쉽고 빠르게 만들 방법을 찾고 있다. 전기연 연구팀은 마이크로파를 활용해 급속 가열하는 방법을 제시했다.
고분자 원료에 전기가 잘 통하는 신소재인 탄소나노튜브를 소량 섞어 필름을 만든다. 그리고 여기에 마이크로파 자기장을 가해주면 탄소나노튜브에 유도 전류가 발생하게 되고, 필름 소재만 30초 만에 선택적으로 1400도 이상 고속 가열되는 원리다.
박종환 책임연구원은 “전기차 화재 사건 등으로 인해 안전하고, 추운 겨울철에도 잘 작동하는 나트륨 이온 전지가 주목받기도 했지만, 음극재를 만드는 탄화 공정이 에너지 효율이나 비용 측면에서 큰 열세였다”며 “우리의 마이크로파 유도 가열 기술은 하드 카본을 빠르고 쉽게 제조할 수 있어 나트륨 이온 전지의 상용화에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
