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KIST "수계아연전지 고밀도 아연금속 제조기술 개발"

송고시간2022-06-08 12:00

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국내 연구진이 차세대 이차전지로 꼽히는 '수계아연전지'의 상용화 가능성을 높이는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)는 8일 에너지저장연구센터 이민아 박사 연구팀이 수계아연전지의 미세구조를 제어할 수 있는 '고밀도 아연금속 음극' 제조기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

KIST에 따르면 수계아연전지는 물을 전해질로 사용하므로 배터리 발화 위험성이 없고, 원재료인 아연이 저렴하다는 장점이 있다.

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수계아연전지를 살펴보는 KIST 연구원
수계아연전지를 살펴보는 KIST 연구원

KIST 권민형 연구원(제1저자)이 수계아연전지를 살펴보고 있다.[KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 문다영 기자 = 국내 연구진이 차세대 이차전지로 꼽히는 '수계아연전지'의 상용화 가능성을 높이는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)는 8일 에너지저장연구센터 이민아 박사 연구팀이 수계아연전지의 미세구조를 제어할 수 있는 '고밀도 아연금속 음극' 제조기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

연구 결과는 에너지 및 환경과학 분야의 권위 있는 저널인 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science) 최신 온라인판에 게재됐다.

KIST에 따르면 수계아연전지는 물을 전해질로 사용하므로 배터리 발화 위험성이 없고, 원재료인 아연이 저렴하다는 장점이 있다.

하지만 전지를 구동하면 음극인 아연금속의 나노입자가 불규칙하게 성장하고 부식이 일어나 에너지 밀도와 전지 수명이 지속적으로 저하되는 문제가 생긴다.

따라서 최근 과학계에서 이 아연금속의 미세구조를 제어하는 다양한 방법이 제시되고 있다고 KIST는 설명했다.

전해도금 후 고밀도로 성장한 아연금속
전해도금 후 고밀도로 성장한 아연금속

연구진이 혼합한 DES 용액에서 성장시킨 아연이 빽빽하고 균일하며, 충·방전 후에도 안정적으로 구조를 유지하는 모습이다[KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

이 박사 연구팀은 염화콜린(Choline chloride)와 요소(Urea)를 1:2의 몰(mol)비로 혼합한 'DES'(Deep eutectic solvent, 깊은공융용매) 용액을 제조했다.

연구진은 이 용액을 활용해 상용 구리 호일 표면에 아연층을 입히는 전해도금 공정을 시행했다.

그 결과 아연 비율이 높은 구리-아연 합금층이 자발적으로 생성됐고, 그 위에 아연금속이 균일하고 빽빽하게 성장하는 것을 밝혀냈다.

이 아연금속을 전지에 적용한 결과 부식반응이 효과적으로 억제돼 7천 회 이상의 충·방전이 안정적으로 이뤄짐을 확인했다.

KIST는 이 결과가 "얇은 아연을 활용한 기존의 유사 연구 중 가장 뛰어난 결과"라며 "상용 리튬이온 이차전지의 충·방전 수명인 1천∼2천 회를 크게 상회하는 수치"라고 평가했다.

이민아 박사(왼쪽, 교신저자)와 권민형 연구원(오른쪽, 제1저자)
이민아 박사(왼쪽, 교신저자)와 권민형 연구원(오른쪽, 제1저자)

[KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

이 박사는 "이번 고밀도 아연음극 제조기술은 경제적이고 친환경적인 DES 용액과 이미 산업 전반에서 널리 쓰이는 전해도금 공정이 결합됐다"며 "수계아연전지 대량 생산의 길을 열게 될 것으로 기대한다"라고 밝혔다.

연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 나노·미래소재원천기술개발사업, 개인연구사업(중견연구) 및 KIST 주요사업을 통해 수행됐다.

zero@yna.co.kr

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