글쓴이 김대웅
등록일 12-10-02 19:48
조회 2,628
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최근 연구팀은 희귀금속인 리튬 공급 전체를 수입에 의존하고 있는 일본에서 나왔다. 그들은 리튬-이온 배터리를 대체할 수 있는 새로운 무언가를 발견하기 위해 노력하였다. 최근 이슈가 되고 있는 연구팀은 조교수 Shinichi Komaba 교수가 이끌고 있는 동경과기대학교 연구진이다. 그들은 리튬-이온 배터리의 대안으로 나트륨-이온 배터리에 초점을 맞추고 연구를 진행하고 있으며, 그 실효성이 증명되고 있는 실정이다.
그들은 나트륨 이온을 사용하여 나트륨-이온 배터리를 위한 양극과 음극 물질을 개발하고 있다. 양극을 위한 일반 설탕에서 음극과 탄소를 만들기 위해 나트륨 이온을 사용하고 있다.
Komaba 교수는 이에 대해 “실제 우리는 나트륨 이온 배터리를 연구하는 데 7년이라는 시간을 소모하였다. 우리는 나트륨 이온을 위한 전극과 전지 관련한 많은 노하우를 얻게 되었다. 우리는 지금 필요한 모든 시약들을 가지고 있다”고 언급했다.
Komaba 교수는 “나트륨 이온 배터리는 구리나 코발트보다 철, 알루미늄, 그리고 나트륨을 사용하여 제작될 것이다. 우리들의 결과는 양극으로 설탕에서 만들 수 있는 탄소를 사용함으로써 간단하게 배터리 용량을 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다. 값비싼 리튬 배터리와 같은 고성능의 배터리 - 중요한 형태의 충전 가능한 배터리 - 들을 달성할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
그들은 자당(蔗糖)을 열분해함으로써 획득된 경질탄소(3,000℃로 가열해도, 난층 구조에서 흑연구조로 변환되지 않고, 흑연 결정자의 발달을 볼 수 없는 탄소)를 사용하고 있다. 자당은 설탕의 주요 성분이다. 이것이 나트륨-이온 배터리에서 양극으로 사용되기 전, 설탕은 탄소가 없는 오븐에 들어가 열을 받음으로써 검은색의 경질탄소 파우더(powder)로 변화될 것이다. 이 오븐의 온도는 검은색의 경질탄소 파우더를 만들기에 충분히 뜨겁다. 연구팀은 300mAh의 저장 용량을 달성하였으며, 이는 전통적인 경질탄소 저장용량보다 20%나 높은 수치이다.
Komaba 교수는 실용적인 버전(practical version)을 달성하기 위해 5년이라는 시간이 소모될 것으로 예측하고 있다. 하지만 연구팀은 이것이 충분히 가능한 일이라고 확신하고 있다. 그들은 기술적인 측면과 성능적인 측면에서의 개선을 가지고 있는 나트륨-이온 배터리가 리튬-이온 배터리를 대체할 수 있는 배터리로 성장할 것으로 예측하고 있다. 왜냐하면, 나트륨-이온 배터리는 희귀하지 않고 풍부한 양을 자랑하는 저비용의 물질을 사용하고 있기 때문이다. 일본 이외의 다른 연구진들 역시 나트륨-이온 배터리를 상업화할 수 있는 부분에 나트륨-이온 기술이 얼마나 적용되고 확장되는지에 많은 관심을 가지고 있다.
아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)는 나트륨-이온 배터리를 리튬을 대체할 수 있는 대체안으로 충분히 탐색하여왔다. Aquion Energy社는 폭넓은 온도 범위에서 운영될 수 있는 그리고 리튬-이온보다 나트륨-이온을 사용할 수 있는 배터리를 만들고 있다. 이 기업은 피츠버그(Pittsburgh), 펜실베이니아(Pennsylvania)에 생산공장을 가지고 있으며, 향후 높은 생산능력을 가진 생산설비를 만들어낼 계획이다. 나트륨 기반의 배터리들은 저렴하고 무독성의 대체재로서 매력적인 경로를 따르고 있는 것처럼 보인다.
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