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[IT뉴스]한국전기연구원, 전자레인지 원리로 ‘나트륨 이온 전지’ 음극재를 빠르고 쉽게 제조

온카뱅크관리자

2024-10-07 11:12:59

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="2f5ZUNg2pC">
          <p dmcf-pid="VRuU9rDx0I" dmcf-ptype="general">한국전기연구원(KERI)은 나노융합연구센터 김대호·박종환 박사팀이 전자레인지의 원리인 마이크로파 유도 가열 기술을 활용해 ‘나트륨 이온 전지’의 하드카본 음극을 30초 만에 신속 제조하는 획기적인 공정 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.</p>
          <div dmcf-pid="fwMxLZHEzO" dmcf-ptype="general">
           차세대 이차전지 중 하나인 나트륨 이온 전지는 현재 가장 많이 사용되는 리튬(Li)을 나트륨(Na)으로 대체한 것이다.
           <br> 
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="4xp0bDkP7s" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="'마이크로파 유도 가열 기술'을 활용해 나트륨 이온 전지의 음극 소재인 '하드카본'을 신속 제조하는 공정 기술을 개발한 한국전기연구원 김대호‧박종환 박사팀. 한국전기연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/07/segye/20241007111259782bzsr.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="93oLkU0C3h" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/07/segye/20241007111259782bzsr.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            '마이크로파 유도 가열 기술'을 활용해 나트륨 이온 전지의 음극 소재인 '하드카본'을 신속 제조하는 공정 기술을 개발한 한국전기연구원 김대호‧박종환 박사팀. 한국전기연구원 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <div dmcf-pid="8LKb6hIium" dmcf-ptype="general">
            소금의 주성분인 나트륨은 매장량이 리튬의 1000배 이상으로 많고, 채굴 및 제련도 쉽다.
          </div>
          <p dmcf-pid="6OJdNF1mFr" dmcf-ptype="general">또 나트륨의 반응성이 리튬보다 낮아 전지 내부에서의 전기화학적 안정성이 높고, 고속 충·방전에 유리하며, 낮은 온도에서도 성능이 잘 유지된다는 장점이 있다.</p>
          <p dmcf-pid="PDxQnXGkpw" dmcf-ptype="general">하지만 나트륨 이온 전지는 제조 과정이 매우 까다로워 리튬이온전지 대비 에너지 밀도가 낮고, 수명이 길지 않다는 단점을 가지고 있다.</p>
          <p dmcf-pid="QJqzfOmeFD" dmcf-ptype="general">나트륨 이온은 리튬 이온보다 입자가 크기 때문에 기존 음극재인 흑연보다 층간 거리가 큰 하드 카본이 활용된다.</p>
          <p dmcf-pid="xLKb6hIiFE" dmcf-ptype="general">하드 카본은 자연계에 존재하지 않아 인공적으로 만들어야 하는데, 그 과정이 매우 까다롭다.</p>
          <p dmcf-pid="yNfVMTSguk" dmcf-ptype="general">식물 및 고분자의 주요 구성원인 탄화수소 재료를 공기가 통하지 않는 공간에서 섭씨 1000도 이상의 고온으로 장시간 태워야만 하드 카본을 만들 수 있다.</p>
          <p dmcf-pid="WDxQnXGkUc" dmcf-ptype="general">일명 ‘탄화 공정’이 필요해 경제적·환경적으로 부담이 되고, 이는 곧 나트륨 이온 전지의 상용화를 막는 원인 중 하나였다.</p>
          <p dmcf-pid="YKGYFLiBUA" dmcf-ptype="general">김대호·박종환 박사팀은 전자레인지의 원리인 ‘마이크로파’를 활용해 급속 가열을 이용하는 방법을 제시했다.</p>
          <p dmcf-pid="GVZXpao9Fj" dmcf-ptype="general">먼저 고분자 원료에 전기가 잘 통하는 신소재인 탄소나노튜브를 소량 섞어 필름을 만든다.</p>
          <p dmcf-pid="HDxQnXGkFN" dmcf-ptype="general">그리고 여기에 마이크로파 자기장을 가해주면 탄소나노튜브에 유도 전류가 발생하게 되고, 필름 소재만 30초 만에 선택적으로 1400도 이상 고속 가열되는 원리다.</p>
          <p dmcf-pid="XRuU9rDxza" dmcf-ptype="general">이미 KERI는 수년간의 연구로 마이크로파 자기장을 활용해 금속 등 전도성 소재로 이뤄진 박막을 균일하게 열처리하는 기술을 보유하고 있고, 디스플레이와 반도체 등 산업 공정에서 많은 주목을 받은 바 있다.</p>
          <p dmcf-pid="ZVZXpao97g" dmcf-ptype="general">또 연구원 나노융합연구센터는 탄소나노소재 분야 국내 최고 기술력을 보유한 곳이다.</p>
          <p dmcf-pid="5ZwDhV9H7o" dmcf-ptype="general">김대호·박종환 박사팀은 이러한 역량을 활용해 나트륨 이온 전지 음극재라는 새로운 분야에 도전했고, 좋은 결과를 얻은 것이다.</p>
          <p dmcf-pid="1nbB8COJpL" dmcf-ptype="general">핵심 기법은 연구진이 자체 개발한 ‘멀티피직스 시뮬레이션(Multiphysics Simulation)’이다. 이를 통해 마이크로파 대역의 전자기장이 나노소재에 가해질 때 일어나는 복잡한 과정을 근원적으로 이해하고, 나트륨 이온 전지 음극재를 제조하는 신개념 공정 방식을 창조해 낼 수 있었다.</p>
          <p dmcf-pid="tCniA0FO3n" dmcf-ptype="general">관련 연구결과는 높은 평가를 받아 화학공학 분야 세계적 학술지인 'Chemical Engineering Journal(IF : 13.3, JCR 상위 3%)'에 논문이 최근 게재되기도 했다.</p>
          <p dmcf-pid="FmjNrq7v7i" dmcf-ptype="general">논문 게재에는 KERI에서 학연협동 과정을 수행했던 류경범·신지원 학생연구자가 공동 1저자로 함께했다.</p>
          <p dmcf-pid="3DgoEuphUJ" dmcf-ptype="general">김대호‧박종환 박사팀은 “전기차 화재 사건 등으로 인해 안전하고, 추운 겨울철에도 잘 작동하는 나트륨 이온 전지가 주목받기도 했지만, 음극재를 만드는 탄화 공정이 에너지 효율이나 비용 측면에서 큰 열세였다”면서 “우리의 마이크로파 유도 가열 기술은 하드 카본을 빠르고 쉽게 제조할 수 있어 나트륨 이온 전지의 상용화에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="0GhCYxP3Fd" dmcf-ptype="general">향후 연구팀은 음극재의 성능을 높이기 위한 노력을 계속해 나갈 예정이며, 대면적의 하드 카본 필름을 연속적으로 대량 생산할 수 있는 기술도 개발한다는 목표다.</p>
          <p dmcf-pid="pOcAsbqyze" dmcf-ptype="general">이어 마이크로파 유도 가열이 고온 소성(sintering) 공정이 필요한 전고체전지 등 분야에도 활용될 수 있을 것이라 판단해 기술의 활용 범위를 넓혀 나갈 예정이다.</p>
          <p dmcf-pid="U1yT5Je70R" dmcf-ptype="general">국내 특허 출원까지 완료한 KERI는 이번 기술이 에너지 저장 소재 관련 기업들의 많은 관심을 받을 것이라 보고, 수요 기업을 발굴하여 기술이전을 추진한다는 계획이다.</p>
          <p dmcf-pid="uTsmv8f5UM" dmcf-ptype="general">창원=강승우 기자 ksw@segye.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 세계일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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