경희대학교 웨어러블융합전자연구소 유재수 교수 연구팀이 중국 양저우대학교 연구팀과 공동연구를 진행해 나트륨 이온 배터리의 핵심 부품인 전극과 전해질을 새롭게 설계해 더 긴 시간, 빠르게 작동할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구는 에너지 소재 분야의 세계적인 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ 4월호에 게재됐다. 전기차를 비롯해 스마트폰, 노트북 등 최신 전자제품에는 대부분 리튬 이온 배터리가 사용된다. 작고 가벼우면서도 에너지를 많이 저장할 수 있기 때문이다. 하지만 리튬의 제한적인 매장량과 높은 가격으로 나트륨 이온 배터리로 대체하고자 하는 시도가 이뤄지고 있다. 나트륨은 매장량이 풍부하고 저렴해 비용 부담이 적고 자원 확보에도 용이하기 때문이다. 그러나 나트륨 이온 배터리는 이온 반응 속도가 느리고 계면 반응성이 감소해 충·방전 과정에서 성능이 빠르게 저하된다. 유재수 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전극구조를 계면 일함수 차이가 큰 이종구조(M/-(OH)x)로 제작했다. 전극 내부에 강한 내부전계를 유도해 전하의 재분배를 촉진하고 전자의 이동을 빠르게 만들어 계면 반응성을 높였다. 또한 연구팀은 이온 전달을 촉진시키기
[첨단 헬로티] 한국전자통신연구원(이하 ETRI)이 물에 나트륨(Na)을 넣어 신개념 이차원(2D) 반도체 소재의 나노시트(Nano sheet) 기술 개발에 성공했다. 이로써 향후 이차원 반도체 개발에 새로운 길을 열게 되었다. 흑연에서 얇게 한 층으로 쪼개 낸 그래핀과 같은 소재를 이차원 소재라 부른다. 물론, 그래핀은 전도체이다. 이번 연구진이 개발에 성공한 나노시트는 이차원 소재 중 반도체에 속하는 소재들이다. 이차원 반도체는 두께가 나노 크기로 매우 얇게 쪼개질 수 있는 특이한 성질을 가지고 있다. 두께가 무시할 만큼 얇다는 의미로 가로, 세로의 이차원 형태만 고려하여 이차원 반도체로 불린다. ▲ PET 필름에 코팅되어 있는 나노시트 고분자 복합체를 연구진들이 확인하고 있다. 향후 연구진은 반도체 소자를 구성하는 반도체 막으로 본 나노시트가 널리 활용될 것으로 예상하고 있다. 특히 이차원 소재의 나노 박막은 유연하고 투명한 특징이 있다. 기존 반도체가 5나노미터(nm) 두께 한계로 집적도 제한이 있었는데 이로부터 자유롭다. 이번 나노시트는 덩어리 형태의 결정석을 이차원 단위로 얇게 쪼개 박리한 것으로 물에 용해되며 가격이 매우 저렴하고 취급이 쉬운 나
[첨단 헬로티] 기존 화석연료를 주로 사용하던 에너지원은 점차 재생 가능한 에너지를 활용하는 신재생에너지로 이동하고 있다. 신재생에너지의 대표적인 예로 태양광, 풍력, 수력 및 조력 등은 에너지 발생을 자연현상에 의존하고 있기 때문에 에너지 발생이 간헐적이고, 또한 생산된 전기에너지는 즉각적으로 사용 능한 고품질의 전기가 아니라는 단점이 있다. 따라서 신재생에너지에 의해 발생된 전기에너지의 품질을 향상시키고 사용자가 원하는 시간대에 사용할 수 있도록 하기 위해, 생산된 전기에너지를 저장하였다가 필요할 때 사용할 수 있는 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)이 필요하다. 최근 리튬이온전지(LIB, Lithium-Ion Batteries)와 유사하나 리튬 대신 소금의 주요 원소인 나트륨을 활용하는 나트륨이온전지(SIB, Sodium-Ion Batteries)가 잠재적 후보로 등장했다. 나트륨은 리튬대비 자원이 풍부하여 리튬이온전지 대비 가격 경쟁력이 우수한 ESS를 구성할 수 있는 장점이 있으나 이를 실현하기 위해서는 고성능의 전극 재료에 대한 연구가 필요한 상황이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지융합연구단 정경
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