고성능 금속 배터리 상용화 이끌 금속 전극 개발
고성능 금속 배터리 상용화 이끌 금속 전극 개발
  • 조강희 기자
  • 승인 2019.02.18 11:42
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울산과기원, 탄소섬유 활용 안전성·수명 개선
탄소섬유-금속 전극이 적용된 해수전지
탄소섬유-금속 전극이 적용된 해수전지

[한국에너지신문] 주로 해수전지로 활용하는 금속 배터리에 탑재될 고성능 금속 전극의 대량생산 기술을 국내 연구진이 확보했다.

울산과학기술원 에너지·화학공학부 이현욱·김영식 교수팀은 탄소섬유의 미세한 틈새로 액체 금속이 스며들게 하는 공정으로 탄소섬유-금속복합재를 만들어 이 재료로 고성능 금속 전극을 만들었다.

이 공정을 이용하면 리튬 또는 나트륨 금속 전극을 대량생산할 수 있게 된다. 안전성을 높일 수 있고,  수명도 늘어난다.

이 기술로 대량생산한 나트륨 금속 전극은 10㎾급 해수전지 에너지 저장장치(ESS)에 적용됐다. 이 설비는 지난해 12월 동서발전 화력발전소에 장착돼 한 달여간 시험을 마쳤다.

연구진은 금속 배터리의 성능 향상에서 벗어나 상용화를 위한 대량생산 방법을 연구했다. 금속 전극은 기존 흑연 전극보다 용량이 약 10배 정도 큰 데다 구동 전압이 낮다. 하지만 배터리 구동 시 전극 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 생기면서 성능이 낮아진다.

이번 연구에서 탄소섬유를 가공해 미세한 틈을 만들어 이 틈에 리튬이나 나트륨 계열의 금속액체를 침투시켜 새로운 금속 전극을 제작했다.

탄소섬유 사이에 리튬이나 나트륨이 스며든 복합재는 배터리 구동 시 결정이 잘 생기지 않아 금속 전극을 더욱 안전하게 유지할 수 있었다. 배터리 전체의 수명도 늘어났다. 금속 액체는 탄소섬유에 닿자마자 스며들어 전극 제작에는 10초 정도가 소요된다.

탄소섬유는 천 등의 옷감 같은 직물 형태로 유연성이 뛰어나다. 이 점을 이용하면 전극 모양도 자유롭게 만들어 낼 수 있다.

이번 연구는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 표지 논문으로 선정됐다. 
 


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