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중요한 이유는 적당한 음극재료가 없어서 나트륨 전지가 저가로 공급하기가 어렵게 되었다. 그러나 실제적으로는 Li전지와 비교하여 나트륨은 저장량이 많고, 광범위하게 분포하고 있으며 원가도 싸며 Li와 비교해서 비슷한 물리화학적 성질을 갖고 있다. 이러한 이유로 과학자들은 나트륨전지에 대한 연구를 포기하지 않았다. 무연탄을 나트륨전지를 위한 저장 공간으로 사용 연구를 통해 Li전지가 응용 영역이 넓다는 것을 알게 되었고 석연이 매우 질서 있는 탄소 재료라는 것에 기인한다. Li전지는 낮고 균일한 충방전 전위차를 갖고 있고 충방전 용량이 크고 효율이 높으며 순환성도 좋다는 장점을 갖고 있다. 그러나 흑연은 나트륨전지에는 활용할 수 없다. 이유는 나트륨이온은 무질서한 단단한 탄소재료에서만 활동을 하기 때문이다. 또한 여러 음극 재료 가운데서 현재 단단한 탄소재료의 전기화학적 성능이 제일 좋다. 신에너지 재료의 연구자로서 호용승 연구원은 나트륨전지 연구에 매달렸다. 그러나 가격 면에서 출발한다면 단단한 탄소재료는 흑연에 비해 많이 비싸다. 따라서 여러 번의 실험을 통해 호용승연구원은 무연탄을 분해하여 일종의 유연한 탄소재료를 얻었고 이것을 나트륨전지의 음극재로 사용할 수 있었다. ldquo;우선 무연탄을 분쇄하고 일정 온도로 가열한 뒤 무질서한 유연한 탄소재료를 얻었습니다.그리고 무연탄의 탄소비율이 90%가 넘기 때문에 열분해 과정에서 오염물도 많이 생기지 않습니다. 제일 중요한 것은 무연탄을 원료로 하기 때문에 나트륨전지의 음극재의 비용을 크게 줄일 수 있다는 것입니다. rdquo;라고 호용승연구원은《중국과학신문》기자에게 말했다. 사실,호용승의 연구팀은 나트륨전지의 음극재에 대한 개척성의 연구만 진행한 것이 아니라 2015년 나트룸 전지의 양극재에 대한 연구에서도 새로운 발견을 하게 되었다. 현재 Li전지의 양극재에는 니켈과 카드뮴이 포함되어 있어서 가격을 낮추는 데에 한계가 있어서 니켈과 카드뮴을 대체하는 것이 필요한 실정이다. 구리, 철, 망간에 기초한 산화물 재료를 실험한 후에 호용승은 층상재료에 구리를 넣으면 재료의 전도성을 높일 수 있다는 것을 발견했다. 더구나 구리를 함유한 화합물들은 물을 두려워하지 않고 공기 중에서도 상대적으로 안정하여 ldquo;이러한 특성들은 전지의 응용에서 굉장히 중요한 요소인데 왜냐하면 재료가 물을 흡수하면 여러 가지 문제를 일으키게 되기 떄문이며, 이로 인해서 가격이 상승하게 된다. rdquo;라고 호용승은 말하면서 최종적으로 구리, 철, 망간이 나트륨 전지의 양극 재료의 이상적인 재료들이라고 말한다. 저속의 전동차 시장을 목표로 나트륨전지는 대량 생산이 아직 멀고 응용에 아직 시간이 걸리겠지만, 호용승 연구원은 이미 저속 전동차 시장을 목표로 삼고 있다. ldquo;현재 우리 중국에는 절대 다수의 전동차와 전동 삼륜차가 있는데 구시대의 납산전지를 주로 쓰고 있습니다. rdquo;라고 호용승 연구원은 말하면서 납산 전지가 아직도 가격 면에서 우세하지만 국내에서 완전한 회수 제도가 없어서 환경 오염의 문제를 무시할 수 없는 형편이다. 몇 년 전에 국가에서 납산전지의 오염 문제에 대해 관심을 갖기 시작하였고 2017년 1월 3일 국무원은 정식으로《생산자책임연장제도의 추진 방안》을 발표하여 솔선하여 전기전자, 자동차, 납산 축전전지, 포장물 등 4개 제품에 생산자책임연장제도를 실시하여 생산자에 책임을 돌리게 하면서 오염시킨 자가 책임이 있다는 원칙을 가지고 회수 시스템을 도입하고 납산전지 생산기업들이 이익만 추구하면서 환경에 대해서 책임을 지지 않으려는 시대는 조만간 끝나게 될 것이다. ldquo;회수제도가 만들어지게 되면 납산전지의 가격은 틀림없이 상승하게 될 것이다. 환경보호 압력과 기술의 개선 때문에 적지 않은 납산전지 생산 주류기업들이 Li전지의 생산에 뛰어들고 있다. 그러나 지구상에서 Li자원의 저장량이 한계가 있고, Li의 응용영역도 광활하여 이미 널리 알려진 전지, 도자기, 유리, 윤활유, 냉매제, 핵발전 및 광전자등의 영역에서도 Li에 대한 수요가 있다. 호용승연구원은 나트륨전지의 출현은 어느 정도 Li자원의 부족문제로 인한 발전의 한계성을 극복하면서 Li전지를 보충해 주게 될 것이다. 호용승 연구원의 팀은 실험을 통해서, 구리, 철, 망간을 양극재로 로 사용하고 무연탄 기반의 부드러운 탄소 재료를 음극으로 하면 나트륨전지의 에너지 밀도가 100Wh/kg까지 도달한다. Li전지에는 미치지 못하지만 납산전지의 두 배에 해당한다. 또한 실험실 Ah급 전지의 충방전 순환수도 이미 500회 이상으로 납산 전지에 비해 우수하고 에너지 전환효율도 90%에 달하면서 저온 성능도 양호하다(-20도에서 방전 용량이 실온에서의 86%). 또한 날카로운 부분에 찔린다든지, 압력으로 누르기, 단로, 과충전, 과도한 방전 등 Li전지의 안전 시험에도 통과하였다. 또한 그 재료의 가격도 Li전지보다 40% 정도가 싸다. ldquo;납산전지의 회수제도가 생긴다고 했을 때 나트륨전지의 대규모 생산 후에 그 가격은 납산전지와 비슷해질 것입니다. rdquo;라고 호용승 연구원은 인정하면서 더 중요한 것은 구리, 철, 망간이 양극재로 사용되는 나트륨전지는 생산과정이나 회수 과정에서 환경에 해가 되는 물질을 만들지 않는다는 것이다. 앞으로의 전망은 저속전동차 시장을 목표로 하는 것 이외에도 호용승연구원은 나트륨전지가 축전능력에서 큰 능력을 발휘하게 될 것이라고 기대한다. 최근 국가에너지국은 지난 해 12월까지 풍력발전 장비가 1930만 킬로 와트가 증가하였으며 그 동안 누적된 장비의 용량은 1.49억 킬로 와트로 전체 발전장비용량의 9%를 차지하였고 풍력 발전량이 2410억 킬로 와트으로 전체 발전량의 4%를 차지한다. 그러나 작년에 풍력발전을 포기한 것도 497억 킬로 와트이다. ldquo;이것은 현재 적절한 대규모의 축전기술이 없기 때문입니다. rdquo;라고 호용승 연구원은 애석해한다. 축전전지에 대한 수요가 많기 때문에 가격이 지나치게 높을 수 없고 그 안전성과 안정성도 고려해야 한 요소이다. Li자원이 결핍된 현재 상황에서 Li전지가 축전전지로 대규모로 사용될 가능성이 많지 않다. 나트륨전지의 발전은 축전전지로서의 가능성을 보여준다. 호용승연구원이 보기에는 ldquo;순환수가 5000번이 되면 나트륨전지도 축전전지로서 사용될 수 있는 가능성이 있다. rdquo; 호용승연구원은 더 나아가서 이렇게 해석한다. 우선 나트륨은 전지구상에서 저장량이 상대적으로 풍부하고 비용도 저렴하다. 두번째, 이러한 전지의 생산이나 재료는 환경에도 영향이 적어서 환경오염을 일으키지 않는다. 세 번째 사용면에서 비교적 안전하다. 네번째 나트륨전지는 Li 전지가 보이는 과방전 현상이 없다 ldquo;제일 중요한 것은 나트륨전지의 생산에는 현재 사용되고 있는 Li생산 순서와 장비를 그대로 사용할 수 있어서 또 다른 추가 투자가 필요 없다. ldquo;미래 나트륨전지는 납산 전지를 점점 대체할 것이며 각종 저속전동차에서 광범위하게 응용되면서 Li전지와 함께 쓰이게 될 것입니다. rdquo;라고 호용승 연구원의 눈빛에는 기대감이 엿보인다. |
