College Of Engineering
서울공대 이야기
서울대 조맹효 교수팀, 
차세대 신개념 나트륨 양극소재 개발

- 계산과학 기반 설계안으로 나트륨 양극소재 물질군 최초 정립



▲ 서울대 기계항공공학부 조맹효 교수팀: 조맹효 교수, 김두호 연구원
 
서울대 공대는 기계항공공학부 조맹효 교수 연구팀(김두호 연구원)이 미국 텍사스 주립대 조경재 교수와 공동으로 신개념 나트륨 양극소재를 개발했다고 6일 밝혔다. 
 
이번에 개발한 신개념 나트륨 양극소재는 기존 고용량 리튬 이온전지에 사용되는 과리튬 망간산화물의 근본적인 반응 및 퇴화 메커니즘을 근간으로 차세대 에너지 저장장치로 주목받는 신개념이 적용된 망간기반 차세대 나트륨 이온 전지다.
 
일반적으로 이차전지에 사용되는 전이금속 기반 산화물은 전이금속의 산화/환원 반응을 기반으로 작동한다. 하지만 본 연구에서 개발한 나트륨 양극소재는 전이금속과 결합된 산소만을 이용해 작동하는 신개념 소재다.
 
연구진은 이러한 신개념을 바탕으로 나트륨 이온전지의 높은 에너지 밀도를 구현하기 위해 리튬 이온전지에 비해 낮은 전압/용량의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 보였다.
 
또 계산과학인 제일원리계산을 이용해 신개념 나트륨이온 양극소재의 합리적인 설계안을 제시했으며, 이를 토대로 음이온 산화/환원 반응에 의해 작동되는 나트륨 양극소재 물질군을 최초로 정립했다.
 
서울대 기계항공공학부 조맹효 교수는 “이번 연구에서는 계산과학기법을 이용해 신개념 나트륨이온 양극소재에 대한 합리적인 설계안을 제시했다”며 “음이온 산화/환원 반응으로 작동되는 나트륨 양극소재 물질군을 최초로 제시한 데 의의가 있다”고 전했다.
 
이번 연구 결과는 세계적으로 주목받아 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, Impact Factor=19.79)’ 9월호에 표지논문(inside front cover paper)으로 게재됐다.
 
이 연구는 서울대 기계항공공학부 조맹효 교수(교신저자)와 미국 텍사스 주립대 조경재 교수(교신저자)가 지도하고 박사과정 김두호 연구원(제1저자)이 주도적으로 참여했으며, 미래부/연구재단 리더연구자(창의연구)사업과 산업통상자원부의 에너지기술개발사업의 일환으로 추진됐다.
 

▲ 그림 1:
(왼쪽) 신개념 음이온 산화/환원 반응을 기반으로 재료 설계된 망간기반 나트륨 양극소재 원자모델
(오른쪽) 나트륨 이온함량에 따라 변화하는 전압
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