KIST, 수계아연전지 핵심기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 배터리 발화를 근본적으로 차단한 수계아연전지의 핵심기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 박사팀이 수계아연전지 상용화 열쇠인 고밀도 아연금속 음극 제조기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

해당 기술은 저비용·친환경 용액을 이용해 쉽고 간단한 전해도금 공정만으로도 높은 에너지 밀도와 긴 수명의 아연금속 음극을 만들 수 있어 수계아연전지 대량생산의 기폭제가 될 것으로 전망되고 있다.

그간 아연금속 음극은 전지 구동 시 나노입자가 불규칙하게 성장하고 부식이 일어나 이차전지의 에너지 밀도와 수명을 지속적으로 저하시킨다는 문제를 안고 있었다.

이에 연구팀은 수계아연전지의 에너지밀도와 수명 저하를 유발하는 부반응을 줄이기 위해 아연금속 음극의 미세구조를 제어했다.

이를 통해 상온에서 간단하게 합성할 수 있는 DES(Deep eutectic solvent, 깊은공융용매) 용액을 제조했다. 제조한 DES 용액은 콜린클로라이드(Choline chloride, ChCl)와 요소(Urea)를 1:2의 몰비로 혼합해 녹는점이 12℃인 액체 상태의 복합체가 되는 대표적인 DES 물질로 알려져 있다.

연구진은 DES 내에서 아연과 구리 집전체 사이에 친아연성 구리-아연 합금층이 자발적으로 형성되며 고밀도의 아연 입자를 성장시킨다는 사실을 확인했다.

이렇게 제조한 아연금속 음극을 수계아연전지 시스템에 적용한 결과, 부식반응이 효과적으로 억제돼 7000회 이상의 반복적인 충방전 이후에도 70% 이상의 용량을 유지하는 것으로 나타났다. 이는 얇은 아연을 활용한 기존의 유사 연구들 중에 가장 뛰어난 결과이며 상용 리튬이온 이차전지의 충방전 수명(1000~2000회)을 크게 상회하는 수치이다.

이민아 박사는 “이번 고밀도 아연음극 제조기술은 특히 경제적이고 친환경적인 DES 용액과 이미 산업 전반에서 널리 쓰이는 전해도금 공정이 결합돼 수계아연전지 대량 생산의 길을 열게 될 것으로 기대한다”라고 말했다.