바인더만 바꿔 나트륨 전지 수명·출력 높였다

에너지기술연구원, 리튬 대체할 새 전지 개발
'6분 충방전' 가혹 테스트 2000번에도 성능 유지

한국에너지기술연구원 최성훈 박사팀이 나트륨폴리아크릴레이트 바인더를 적용해 나트륨 이온 전지의 양극을 만들고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 최성훈 박사팀이 원자재 가격이 고공행진하는 리튬이온 전지를 대체할 나트륨이온 전지 소재를 새로 개발했다. 아직 안정성과 출력이 낮은 나트륨 전지를 내부 소재만 새로운 것으로 바꿔 수명과 출력을 획기적으로 향상시켰다.

18일 에너지기술연구원에 따르면, 양극 바인더를 나트륨 폴리아크릴레이트로 개발해 고전압에서도 내부가 붕괴되지 않고 성능이 일정하게 유지됐다. 특히 6분동안 완전한 충전과 방전을 반복하는 가혹한 테스트에서도 기존에 개발된 나트륨 전지보다 높은 용량을 유지했다.

최성훈 박사는 "이번에 개발한 바인더는 향후 나트륨 이온 전지 뿐만아니라 다양한 고전압 기반 양극 바인더를 설계함에 있어 큰 기여가 가능할 것"이라고 말했다.

배터리 전극은 활물질과 도전재, 바인더로 이뤄져있다. 이 전극을 감싸는 얇은 구리 막인 집전체에 달라붙게 하는게 바인더다.

연구진이 개발한 나트륨폴리아크릴레이트 바인더로 만든 나트륨 이온 전지는 12분간 매우 빠른 충·방전 조건에서도 2000사이클까지 70%의 높은 용량을 유지했다. 또한 2분 만에 충전하고 2분만에 방전시키는 테스트에서도 기존에 개발된 바인더를 쓴 전지보다 약 5배 이상의 높은 용량을 나타냈다.

기존의 나트륨 전지의 양극재로 개발된 불화인산바나듐나트륨은 4V 이상의 고전압에서는 전해질과 부작용이 일어난다. 이때 사용하는 기존의 바인더는 불안정한 고체전해질 피막을 형성ㅇ해 양극 표면을 효과적으로 보호해주지 못한다. 결국 양극의 구조가 붕괴되면서 성능이 떨어지게 된다.

연구진은 바인더를 나트륨폴리아크릴레이트로 만들어 전극 구조를 붕괴시키는 플루오린화수소가 생성되는 것을 막았다. 이로인해 전지의 수명과 출력을 향상시킬 수 있었다.

한편, 국제에너지기구에 따르면 2030년까지 전기차용 리튬 수요가 최소 8~17배까지 늘어날 전망이다. 가격 또한 최소 2.5~5배 가량 상승할 것으로 예상된다.

이런 환경에서 지구상에 6번째로 많은 나트륨은 리튬보다 440배 풍부하고 가격도 80분의 1정도로 저렴하다.

[e-mail] 김만기 기자