50년 배터리 상식이 뒤집혔다: 영국 서리대, 나트륨 배터리에 '물'을 넣었더니 출력이 2배로 폭증!

전 세계 어디든 배터리 생산 공장의 클린룸을 찾아가 보면, 엔지니어들이 습도에 대해 얼마나 극단적인 공포를 품고 있는지 바로 알 수 있습니다. 수십억 원짜리 산업용 제습기가 24시간 굉음을 내며 공기 중의 단 한 방울의 수분 분자까지 쥐어짜 내듯 걸러냅니다. 기존 리튬 이온 배터리에서 수분은 가스를 발생시키고 화재나 폭발을 부르는 치명적인 독이기 때문입니다. 그런데 학술지 《재료화학 저널 A》(Journal of Materials Chemistry A)에 발표된 논문에서 영국 서리대학교(University of Surrey) 연구진은 이 절대적인 금기를 보란 듯이 깼습니다. 나트륨 배터리 양극재에 물 분자를 가두었더니, 오히려 배터리 출력이 2배 가까이 급증한 것입니다!

나트륨 이온 배터리는 대규모 신재생 에너지 저장 장치(ESS)의 가장 유력한 미래로 꼽힙니다. 비싸고 매장량이 편중되어 채굴 시 환경 파괴가 극심한 리튬과 달리, 나트륨은 바닷물과 소금에서 무한정 채취할 수 있기 때문입니다. 단 한 가지 문제는 나트륨 이온이 리튬 이온보다 덩치가 훨씬 커서 충·방전 시 양극재 결정을 드나드는 속도가 둔하다는 점이었습니다.

물을 '유해한 불순물'이 아니라 '필수적인 구조 건축 자재'로 재정의함으로써, 서리대 연구진은 기존 배터리 화학의 상식을 완전히 뒤집었습니다. 전극을 진공 오븐에 넣고 천문학적인 전력을 쓰며 수분을 쥐어짜 말리는 대신, 미래에는 계산된 양의 수분을 주입해 배터리 성능을 즉시 2배로 끌어올릴 수 있게 된 것입니다.

"반세기 동안 배터리 과학의 제1계명은 '물을 절대 들이지 말라'였습니다." 연구팀은 이렇게 밝혔습니다. "하지만 자연은 우리가 물 분자를 올바르게 부려먹을 줄 알게 될 때까지 기다리고 있었던 것뿐이었습니다."

그러니 다음번에 누군가 배터리와 물은 상극이라고 말하거든, 나노스케일의 세계에서는 잘 배치된 물 분자 몇 개가 미래 청정에너지를 돌리는 원동력이 될 수도 있다고 이야기해 주세요.