[월드투데이 성연수 기자] 아르곤 국립연구소가 소듐 이온 배터리의 성능 저하 원인을 규명해 소듐 이온 배터리 상용화에 대한 기대감이 커지고 있다.

소듐 이온 배터리의 소듐(나트륨)은 리튬보다 저렴하게 구할 수 있고, 같은 부피 대비 더 많은 전기를 저장할 수 있다. 그러나 배터리의 충전-방전이 재차 반복되면서 배터리 성능이 저하되는 치명적인 약점이 있어 상용화되지 못했다.

과학저널 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications)에 발표된 미국 에너지부 산하 '아르곤 국립연구소'의 연구 결과에 따르면 소듐 이온 배터리의 음극 소재를 준비하는 과정에서 원자 단위의 결함이 발생하여 기능 저하의 치명적인 원인을 초래했다고 밝혔다.

이 원자 단위의 결함은 음극의 구조적 지진(structural earthquake)으로 이어져 충전-방전의 과정에서 재앙적 성능 저하를 만들어낸다.

연구진은 음극 소재 합성 과정을 실시간으로 원자 단위까지 실시간으로 원자 단위까지의 음극 소재 합성 과정을 아르곤연구소의 나노물질센터(CNM) 투과전자현미경과 방사광가속기(APS)의 싱크로트론 X선을 활용해 관찰하였다.

그 결과, 온도를 급격히 낮추는 과정에서 음극 입자 표면의 매끄러움이 떨어지고 압력을 받는 부분이 많이 나타났으며 충전-방전이 반복되면서 이 곳에서 입자의 균열이 발생해 성능 저하로 이어졌다 밝혔다. 이에 덧붙여 연구진은 특히 54℃ 고온에서 성능 저하가 보다 심하게 일어난다고 설명했다.

아르곤연구소 석좌연구원 카릴 아민 박사는 "1천㎏에 달하는 많은 양의 재료로 음극을 만든다면 온도 변화도 많아 적절한 조치가 취해지지 않는다면 그만큼 많은 결함이 생길 수 있다"며 이번 연구의 중요성을 거듭 강조하였다.

과거 소듐 이온 배터리의 양극을 개선하는 연구 결과에서 논문 제1 저자인 화학자 쉬구이량 박사는 "양극에 맞춰 음극을 개선함으로써 배터리 성능을 20∼40% 더 늘릴 수 있게 됐으며, 이런 성능을 더 지속할 수 있게 될 것이라는 점도 중요하다"고 설명한 바가 있다.

연구진은 배터리 제조 업체들이 음극 소재 합성 조건을 조절하여 성능이 더 우수한 음극을 만들어 낼 수 있다며 개선된 음극은 소듐 이온 배터리가 전기자동차와 신재생에너지 저장장치를 더 합리적인 가격으로 만들 것이라고 밝혔다.

[출처=연합뉴스]