게르마늄 전극의 구조와 수명 안정성
[대전=일요신문] 육군영 기자 = 리튬이차전지는 이차전지중에서도 높은 에너지 밀도로 휴대기기에 가장 많이 사용되는 전지다.
최근 전자기기의 소형화 및 다양화로 그 수요가 매우 높아졌으나, 리튬 자원은 지각에서 0.006% 불과하여 대체 자원의 연구가 시급한 상태였다.
그중 나트륨이차전지는 원료가 자연에 풍부해 저렴하게 구할 수 있고, 안전성이 우수해 빠른 상용화가 기대되었으나 리튬이차전지의 음극으로 쓰이는 흑연, 고용량 실리콘, 전이금속 산화물 등은 충전‧방전 속도가 느려지거나, 부피 팽창으로 인해 안정성이 부족했다.
한국과학기술원의 김도경 교수 연구팀은 그래핀에 게르마늄 황화물이 균일하게 분포된 나노 전극을 개발했다.
전기전도도가 높고 부피팽창도 줄어드는 동시에 높은 초기 용량(805mAh/g)과 수명 안정성을 나타냈다.
게르마늄 황화물 전극의 비밀은 원자 배열 상태에 의한 것으로 밝혀졌다.
전극이 반응 중에는 균일한 고체 물질이지만 액체처럼 원자 배열이 불규칙한 상태로 유도되는데, 이로 인해 나트륨 이온 수용량이 증대된 것이다.
김도경 교수는 “현재 나트륨이차전지 음극 소재의 취약점인 고비용, 대형전지 제작의 어려움을 돌파하는 기초자료로 활용될 수 있다”며 “개발된 나노전극 소재 합성, 전극 및 이차전지 충‧방전 후 성능 분석 기술은 에너지 분야 중추적인 기술로서 파급효과가 클 것으로 예상된다”고 설명했다.
이 연구 성과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 6월 25일 게재되었다. (논문명 : A Robust Approach for Efficient Sodium Storage of GeS2 Hybrid Anode by Electrochemically Driven Amorphization)
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