나트리움이온축전지의 전극재료개발

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《에네르기와 철강재, 화학제품, 식량문제를 비롯하여 현시기 경제강국건설에서 관건적의의를 가지는 문제들을 과학기술적으로 해결하는데 주되는 힘을 넣어야 합니다.》

김일성종합대학 재료과학부에서는 새로운 에네르기저장장치로 주목을 끌고있는 나트리움이온축전지의 전극재료들을 설계하고 개발하기 위한 연구사업을 진행하였다.

세계적으로 화석연료고갈과 심각한 기후변화로 하여 자연에네르기개발과 전기자동차개발이 중요한 문제로 제기되면서 전력밀도가 높으면서 원가가 눅은 축전지에 대한 요구가 급격히 높아졌다. 나트리움이온축전지는 나트리움자원이 무진장하고 원료가격이 눅으며 동작특성이 리티움과 비슷한것으로 하여 지금까지 널리 리용되여온 리티움이온축전지를 대신할수 있는 전망성있는 에네르기저장장치로 주목을 끌고있다.

우리는 나트리움이온축전지의 양극활성재료로서 망간산나트리움(Na_0.44MnO₂(NMO))과 류산철나트리움(NaFe(SO₄)₂), 음극재료로서 경질탄소를 제조하고 전기화학측정을 진행하였다.

망간산나트리움을 제조하기 위하여 탄산소다(Na₂CO₃)와 탄산망간(MnCO₃)을 몰비로 0.23:1로 되게 정량하고 혼합한 다음 에타놀을 추가한 상태에서 행성식볼분쇄기로 분쇄하고 800℃에서 소성하였다. 류산철나트리움의 제조에서는 류산나트리움과 류산철을 리용하였는데 역시 볼분쇄하고 400℃에서 소성하였다. 주사전자현미경(SEM)분석에 의하여 제조된 망간산나트리움은 직경이 100~400nm정도, 길이가 10㎛정도인 나노봉형태이며 류산철나트리움은 직경이 수백nm정도인 나노립자라는것이 밝혀졌다.

경질탄소는 관식로에 사카로즈를 넣고 질소기체를 흘러보내면서 1 100℃에서 탄화시켜 얻었다. 라만현미경분석과 XRD분석에 의하여 선행연구와 잘 일치하는 경질탄소가 얻어졌다는것을 확인하였다.

전극재료들을 리용하여 양극반전지와 음극반전지들을 제작하고 정전류방식에서 충방전특성을 측정하였다. 망간산나트리움, 류산철나트리움, 경질탄소에 대하여 비에네르기는 각각 120, 100, 150mAh/g으로, 전극전위는 3.2, 2.9, 0.5V로 얻어졌다.