최재원 교수팀, 차세대 나트륨 이온 배터리용 전극 물질 개발
▸나노 과학 기술 분야 세계적 학술지 《나노레터스》에 논문 발표
▸높은 안정성 및 뛰어난 성능을 갖춘 전극 소재
경상국립대학교(GNU·총장 권진회) 자연과학대학 화학과 최재원 교수 연구팀은 나트륨 이온 배터리(Sodium-Ion Battery, SIB)의 성능과 안정성을 혁신적으로 개선할 수 있는 전극 소재를 개발했다. 이번 연구는 박사과정 진영호 씨가 주저자로 참여했다.
최재원 교수팀은 전극 소재의 구조적 안정성 및 전기화학적 거동을 중심적으로 분석한 결과, 다중 벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 구리황화물(Cu2S) 나노플레이트를 결합한 ‘CNT-Cu2S’ 복합체가 뛰어난 성능을 발휘함을 입증했다.
나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 배터리 중 하나지만, 나트륨 이온이 리튬 이온보다 크고 무거워 실제 배터리 적용에 어려움이 있다.
최재원 교수팀은 나트륨 이온 배터리의 음극 소재로 ‘CNT-Cu2S’ 복합체를 활용하여 800회 이상의 충·방전 사이클 동안 344.8mAh/g의 이론 용량에 가까운 안정적인 전기화학적 성능을 확보했다.
특히 이번 연구는 단순히 성능 평가를 넘어, 전극의 구조적 변화와 전기화학적 반응을 심층 분석하는 데 중점을 두었으며, 실시간 전기화학적 임피던스 분광법(in-situ EIS)과 정전류 간헐적 적정(GITT)을 사용해 전극 내에서 발생하는 변화를 면밀히 추적했다.
이번 연구 성과는 나노 과학 기술 분야 세계적인 권위를 자랑하는 《나노레터스(Nano Letters)》(Impact factor: 9.6)의 보충 표지논문으로 선정되었다(논문명: Colloidal Synthesis and Analysis of CNT-Cu2S for Stability and Capacity Increase Alleviation in Sodium-Ion Storage).
이번 연구는 나트륨 이온 배터리 기술의 발전에 중요하게 기여하며, 재생 가능 에너지원의 활용성을 강화하고 리튬 자원에 대한 의존도를 낮출 수 있는 잠재력을 보여준다. 이 연구는 한국연구재단 신진연구, 기초연구실, G-LAMP 사업 및 4단계 두뇌한국21(BK21) 지원 사업으로 수행했다.
ㅇ 해당 논문 링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02858
ㅇ 최재원 교수 연구실 누리집: https://sites.google.com/view/gnuaiml/
ㅇ 사진 설명: 경상국립대 화학과 최재원 교수와 박사과정 진영호 씨(왼쪽부터)
ㅇ 내용 문의: 경상국립대 화학과 최재원 교수 055-772-1481