미국 워싱턴대(Washington University)에 따르면  안정적이고 효율적이면서 양극이 없는 나트륨 배터리(Anode-free Sodium Battery)를 개발했다.

이 연구는 2021년 5월 3일 Advanced Science 저널에 게재됐다. 전통적인 리튬 이온 배터리는 음극과 양극으로 구성되며, 둘 다 리튬 이온을 저장한다.

기존의 리튬 이온 배터리에서 리튬을 나트륨으로 대체하고 양극을 없애는 개념은 새로운 것은 아니다. 그러나 양극이 없는(Anode-free) 나트륨 배터리가 합리적인 수명을 가질 수 있다는 것을 아무도 제시하지 못했다.

양극이 없는 배터리는 불안정하고 수상 돌기가 자라는 경향이 있기 때문이다. 새로 설계된 배터리에서는 양극쪽에 얇은 층의 구리 호일만 전체적으로 사용되었다. 즉, 배터리에는 활성 양극 물질이 없다.

양극이 없는 배터리에서는 이온이 금속으로 변환되고 음극으로 돌아갈 때 용해된다. 알칼리 금속은 물과 반응하기 때문에 연구팀은 수분 함량을 낮췄다.

수분 함량은 100ppm 미만이어야 한다. 나트륨 재료의 부드러운 성장(smooth grwoth)을 통해 수상 돌기의 형태학적 불규칙성을 제거할 수 있다.

이에 따라 성능은 기존 리튬 이온 배터리와 비슷하면서 훨씬 적은 공간을 차지하는 양극이 없는 나트륨 배터리가 향후에는 널리 사용될 수 있을 것으로 전망된다.

▲ 워싱턴대(Washington University)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)