숙명여대, 나트륨금속전지 초장수명·급속충전 기술 개발

숙명여자대학교는 류원희 화공생명공학부 교수 연구팀이 나트륨 금속 전지를 기존 대비 6배 오래가고 빠르게 충전할 수 있는 핵심 기술을 개발에 성공했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 비닐피롤리돈 기반의 분극성 분자를 계면 안정화 첨가제로 전해질에 소량 도입해 급속 충전 또는 방전 중에도 초장수명 구동이 가능한 나트륨 금속 전지 기술을 개발했다. 나트륨 금속 전지는 경제성과 고에너지를 동시에 달성할 수 있는 유망 기술로 주목받고 있다. 또 희귀한 리튬 대신 조달이 쉬운 나트륨을 활용해 배터리 가격을 낮출 수 있다는 장점이 있지만 에너지 밀도가 낮다는 점이 상용화 걸림돌로 작용해왔다.

이번 연구를 통해 비닐피롤리돈 분자를 전해질 첨가제로 사용할 경우 금속 음극이 급속 충·방전이 거듭되는 높은 전류에서도 나트륨이 전착과 용출을 반복하더라도 표면이 평탄하게 유지되며 안정적인 나트륨 결정 성장을 보일 수 있다는 점이 밝혀졌다. 또한 고체 전해질 계면(SEI)을 고품질화하고 안정적인 구조로 유지하는 데도 기여한다는 점을 확인했다. 아울러 전해질에 1% 소량의 분극성 전해질 첨가제를 도입하는 것만으로 고속 충·방전 상황에서 기존 나트륨 금속 전지 대비 6배 이상의 사이클 수명이 유지된다는 사실을 알아냈다.

류 교수는 "이번 연구를 통해 가격 경쟁력은 있지만 상용화의 걸림돌로 여겨졌던 나트륨 이차전지의 낮은 에너지 밀도 문제를 해결했다"며 "나트륨 이차전지가 기존 리튬 이차전지를 대체할 가능성을 제시했다"고 말했다.

이지은 기자 jelee0429@asiae.co.kr