아연이온전지 금속 전극 재설계…차세대 배터리 개발 전환점

아주대 연구진이 간단한 공정을 거쳐 배터리의 수명과 안정성을 동시에 높이는 신기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

아주대에 따르면 이 대학의 윤태광 교수(응용화학·대학원 분자과학기술학) 공동 연구팀이 아연 금속 표면을 재설계하는 방식으로 아연이온전지 성능을 향상하는 데 성공했다. 

윤태광 아주대학교 응용화학과·대학원 분자과학기술학과 교수 연구팀이 개발한 수계 아연이온전지(Zinc Aqueous Battery) 금속 전극 설계 모식도. 아주대 제공

아연이온전지는 물을 기반으로 하는 수계 전해질을 사용해 화재 위험이 낮고, 원료가 풍부해 차세대 친환경 배터리로 평가받는다.

하지만 충전과 방전을 반복할 때 금속이 뾰족하게 자라나는 덴드라이트(Dendrite) 현상과 물과의 반응으로 생기는 부반응 때문에 수명이 점차 짧아지는 단점을 지녔다.

이에 윤 교수팀은 전자레인지 등의 작동에 활용되는 전자기파(마이크로파)를 이용해 아연 표면에 미세한 구멍 구조를 만들어 전류가 고르게 흐르도록 했다. 금속이 한쪽으로 뾰족하게 자라나는 것을 예방하기 위해서다.

이 기술을 적용한 배터리는 고출력 조건에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며, 1500회 이상의 충·방전 후에도 초기 성능의 약 70%를 유지했다.

특히 별도 복잡한 장비나 공정 없이 짧은 시간 안에 제작이 가능해 산업 현장 적용성도 높을 것으로 평가받는다.

연구팀은 해당 기술을 적용한 배터리를 활용해 소형 전자기기를 구동하는 데에도 성공한 것으로 전해졌다.

윤 교수는 “수명과 안정성이라는 핵심 과제를 동시에 해결한 성과”라며 “간단한 공정으로 구현 가능해 상용화 가능성도 크다”고 말했다.

수원=오상도 기자 [e-mail]