중국 연구진이 차세대 배터리로 주목받는 나트륨 이온 배터리의 용량과 충전 속도를 동시에 끌어올린 핵심 소재를 개발했다.

중국 정저우대 연구팀은 '나노 공간 제어' 기술을 이용해 기존 하드카본의 한계를 뛰어넘는 새로운 음극재를 개발했다고 3일(현지시간) 밝혔다. 이 소재는 리튬을 대체할 저렴하고 풍부한 나트륨을 활용하는 배터리 상용화의 걸림돌을 해결할 열쇠로 평가된다.

연구팀은 하드카본 소재 내부의 미세한 닫힌 기공 구조를 단계별로 설계했다. 이 설계는 나트륨 이온이 좁은 통로로 먼저 들어와 더 큰 기공까지 순차적으로 채워지도록 유도한다. 이를 통해 기존에 60% 수준에 머물던 기공 활용률을 극대화하고 '삽입-기공 채움' 메커니즘을 구현했다.

개발된 음극재는 g당 약 500mAh의 높은 가역 용량을 기록했다. 이는 기존 하드카본 음극재의 성능을 크게 웃도는 수치다. 특히 2000mA/g의 초고속 충전 조건에서도 344mAh/g의 용량을 유지해 빠른 충전 성능을 입증했다.

내구성 또한 뛰어나다. 500mA/g 속도로 1000회 충전과 방전을 반복한 후에도 초기 용량의 83.3%를 유지했다. 연구팀이 이 음극재로 제작한 1.5Ah급 파우치 셀은 147.4Wh/kg의 에너지 밀도를 달성했으며, 700회 작동 후 사이클당 0.064%의 낮은 용량 감소율을 보였다.

이번 연구는 높은 안전성과 빠른 충전, 높은 에너지 밀도를 갖춘 차세대 나트륨 이온 배터리 개발의 새로운 길을 열었다는 평가를 받는다.