국민대 홍승현 교수팀, 수계배터리 성능 향상 기술 개발

기존 배터리 시스템 위험성 해소
아연 기반 수계 이온 배터리 주목

국민대학교 홍승현 교수 연구팀은 차세대 에너지 저장 및 배터리 소재로 각광받고 있는 수계아연전지 아연금속전극의 표면 개질 연구를 통해 수계배터리 성능과 안정성을 향상시키는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

왼쪽부터 차필령 교수, 홍승현 교수, 정희빈 학생 사진[사진 제공=국민대]

이번 연구는 전기차나 휴대용 기기에 널리 사용되는 수계전해질 매체 기반의 전기화학 에너지 저장 시스템에서 발생할 수 있는 안전성 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄다.

기존의 배터리 시스템은 일부 소수국가의 생산에 의지해야 한다는 위험이 있으며 유기 전해질의 분해로 인해 발생할 수 있는 열적 불안정성은 리튬 배터리의 화재 재난으로 이어질 수 있는 위험 요소로 지적돼 왔다.

연구팀은 아연(Zn) 기반의 수계 이온 배터리(AZIBs)에 주목했다. 아연은 저렴하고 친환경적이며, 수분이 포함된 전해질 솔루션을 통해 시스템의 열적 안정성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

연구팀은 자이고 코리아의 표면분석 도움을 받아 아연 결정면이 부식 저항 향상에 유리하다는 성질을 활용해 아연전극(ZnSE)을 초고속으로 제작하는 전략을 제시했다. 이 아연전극은 뛰어난 충방전 안정성이 있는 것으로 확인됐다.

홍 교수는 “이 연구는 아연 기반 수성 이온 배터리의 성능과 안정성을 대폭 향상시킬 수 있는 새로운 접근 방법을 제시함으로써 미래의 에너지 저장 시스템 개발에 기여할 수 있을 것”이라며 “연구 결과는 향후 전기차, 정지형 시스템, 그리고 휴대용 기기에 사용될 에너지 저장 시스템의 선택 폭을 넓히고, 그 안정성을 증가시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구에는 국민대 홍 교수팀과 차필령 교수팀, 경상국립대 안건형 교수팀, 성균관대 차승남 교수팀이 참여했고, 정희빈 국민대 석사과정생의 주도로 연구가 진행됐다. 연구는 한국연구재단 개인연구사업 기본연구 및 한국연구재단 공정조합설계 플랫폼과제 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 저명 학술지 ‘저널 옵 머티리얼즈 케미스트리 A’에 온라인 게재됐다.

심성아 기자 heart@asiae.co.kr