한국연구재단은 김도경 교수(한국과학기술원) 연구팀이 게르마늄 황화물 전극을 개발하고, 전기화학적인 구동 원리를 규명했다고 13일 밝혔다.

리튬 자원의 부족으로 인해 리튬이차전지를 대체할 에너지 저장장치의 연구가 활발하다. 그러나 아직까지 나트륨이차전지는 성능의 제약이 있다.

연구팀은 그래핀에 게르마늄 황화물이 균일하게 분포된 나노 전극을 개발했다.

전기전도도가 높고 부피팽창도 줄어드는 동시에, 이론값을 뛰어넘는 우수한 초기 용량(805mAh/g)과 수명 안정성을 나타냈다.

게르마늄 황화물 전극의 성능이 우수한 것은, 원자 배열 상태에 의한 것으로 밝혀졌다.

반응 중에 물질의 조성이 균일한 고체 물질이지만 액체처럼 원자 배열이 불규칙한 비정질 상태로 유도되는데, 이로 인해 나트륨 이온 수용량이 증대된 것이다.

김도경 교수는 “현재 나트륨이차전지 음극 소재의 취약점인 고비용, 대형전지 제작의 어려움을 돌파하는 기초자료로 활용될 수 있다”며 “개발된 나노전극 소재 합성, 전극 및 이차전지 충‧방전 후 성능 분석 기술은 에너지 분야 중추적인 기술로서 파급효과가 클 것”이라고 설명했다.

한편 연구성과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 6월 25일 게재됐다.