“차세대 친환경 배터리 상용화를 앞당길 핵심 기술”

고려대 연구진이 아연(Zn) 수계 배터리의 안정성과 수명을 향상시키는 기술을 개발했다.

고려대는 화공생명공학과 유승호 교수팀이 서울대 성영은 교수팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 오늘 21일(목) 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단의 원천기술국제협력개발사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 재료과학 분야 저명 국제학술지(Advanced Functional Materials) 지난 8일(금) 자에 게재됐다.

아연 수계 배터리는 물 기반의 전해질을 사용해 화재 위험이 적고, 저렴하면서도 높은 용량을 제공한다는 장점이 있다. 그러나 실제 구동 과정에서 음극이 부식되고 부산물이 쌓이는 등의 한계가 있어 상용화의 걸림돌로 거론된다.

연구팀은 이를 해결하고자 안정적 구조를 지닌 텔루르산을 전해질 첨가제로 적용했다. 전극 표면에 산화아연(ZnO)·이산화텔루르(TeO2)·텔루르(Te)로 이루어진 삼원 복합 인공층이 스스로 형성되도록 한 것이다. 분석 결과 이 인공 층은 바깥쪽에 산화아연과 이산화텔루르가, 안쪽에는 텔루르가 분포하는 견고한 구조로 나타났다.

연구팀은 구현된 인공 층이 부산물 형성과 덴드라이트 성장을 억제하고, 전극에 아연이 균일하게 쌓이도록 해 전극 환경을 안정화한다는 사실을 확인했다. 전기화학 분석에서도 부식으로 인한 불필요한 전류와 전극·전해질 간 전하 전달 저항이 크게 줄고, 이온의 이동성은 향상된 것으로 확인됐다.

특히 이 인공 층을 적용한 아연 대칭 전지는 1,500시간 이상 안정적으로 구동했으며, 실제 환경과 유사한 조건에서도 기존 대비 뛰어난 성능을 보였다. 유 교수는 “텔루르산 첨가제를 이용해 전극 표면에 삼원 복합 인공 층을 스스로 형성하는 방법은 아연 수계 배터리의 약점을 해결한 것”이라며 “이는 차세대 친환경 배터리의 상용화를 앞당길 핵심 기술로 기대된다”고 했다.