(왼쪽부터) KU-KIST 융합대학원 허영훈 석박사 통합과정(제1저자), 고려대 KU-KIST 융합대학원 윤영수 교수(교신저자) (사진=고려대)

알루미늄 이차전지의 고질적 한계로 꼽히던 내부 합선 문제를 개선할 수 있는 핵심 기술이 고려대학교 연구진에 의해 개발됐다.

고려대는 KU-KIST융합대학원 윤영수 교수팀이 알루미늄 이차전지의 성능과 안전성을 높일 수 있는 고성능 전극 및 박막 분리막 설계 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

알루미늄 이차전지는 원료 매장량이 풍부하고 저장 용량이 커 차세대 에너지 저장장치로 주목받는다. 충·방전 과정에서 전극이 갑작스럽게 합선되며 셀이 손상되는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적됐다.

연구팀은 알루미늄 증착 과정 중 염소 이온 이동이 원활하지 않을 경우 반응 생성물이 전극 주변에 집중되면서, 알루미늄이 뾰족한 형태로 성장해 분리막을 손상시키고 내부 합선을 유발한다는 점을 규명했다. 이를 해결하기 위해 3차원 나노구조 탄소 전극(3D-GCE)을 설계하고, 분리막 표면에 염소를 도핑한 염소 도핑 폴리프로필렌 분리막(Cl-PP)을 적용해 염소 이온 이동 속도를 높였다.

해당 설계를 적용한 결과, 기존보다 10배 이상 얇은 분리막을 사용하면서도 약 8.2mAh/㎠의 높은 면적 용량과 500회 이상의 안정적인 충·방전 수명을 확보했다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 인포맷(InfoMat)에 지난달 30일 게재됐다.