나트륨 전고체전지 기술 개발

리튬이온전지는 에너지저장장치로 널리 활용되고 있으나, 태양광·풍력 발전소나 대형 건물에 설치된 에너지저장장치(ESS)에서 반복되는 화재 사고로 큰 손실이 급증하고 있다. 특히, 대규모 설비일수록 안전성 확보와 운영 비용 부담이 중요한 사회적 과제로 떠오르고 있다. 이러한 문제를 해결할 대안으로 가격이 저렴하고 자원이 풍부한 나트륨 기반 배터리 기술이 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 에너지저장연구센터 류승호 박사 연구팀은 불이 붙지 않는 불연성 고체전해질을 적용해 화재 안전성을 획기적으로 개선하는 나트륨 전고체전지 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 기술은 자원이 풍부하고 가격 변동성이 낮은 나트륨을 기반으로 기존 배터리의 화재 위험과 비용 부담 문제를 함께 개선할 수 있는 대안으로 평가된다.

연구팀은 또한 나트륨 전고체전지의 에너지밀도 향상을 위한 고전압화(배터리의 작동 전압을 높여 동일 용량 대비 에너지밀도를 향상시키는 기술) 기술을 개발했다. 현재 널리 사용되는 리튬이온전지는 액체전해질의 특성상 약 4.2V 이상에서는 안전성과 수명 저하 문제가 발생하고 있다. 이에 결합력이 강한 불소(F)를 고체전해질에 적용해 고전압 환경에서도 전해질이 안정적으로 유지되도록 설계했다. 그 결과, 연구진은 기존 나트륨 전고체전지가 넘기 어려웠던 4V 수준을 넘어 4.5V까지 안정적으로 구동되는 것을 입증했다.

이번 기술은 고전압에서 배터리 성능을 높이면서도 이를 반복적으로 사용할 수 있게 했다는 점에서 의미가 크다. 액체전해질 기반 배터리에서 발생하던 분해와 수명 저하 문제를 줄여 장기적으로 사용이 가능하게 하였으며 같은 크기의 배터리로 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 기반을 마련했다. 이는 나트륨 전고체전지가 실험 단계를 넘어 실제 활용을 고려할 수 있는 수준으로 발전했음을 보여준다.

이번에 개발된 나트륨 전고체전지는 불이 나지 않는 구조와 저렴한 나트륨 소재를 바탕으로 대규모 에너지저장시스템(ESS)에 적용 가능한 실용성을 갖췄다. 화재 우려로 설치가 제한됐던 발전소, 산업단지에도 안전하게 도입할 수 있어 재생에너지 확대에 따른 전력 저장과 공급 안정에 기여할 것으로 기대된다. 특히, 나트륨은 지구상에 풍부하고 특정 국가에 편중되지 않은 자원으로 장기적인 원가 안정성과 공급 안정성 측면에서도 강점을 지닌다.

KIST 류승호 박사는 “이번 연구는 고전압 환경에서도 안정적으로 작동하는 나트륨 전고체전지를 구현했다는 점에서 의미가 있다”며, “저가격·고안전 특성을 갖춘 나트륨 전고체전지가 대규모 에너지 저장 장치의 새로운 대안으로 이어지길 기대한다”고 말했다.

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