“값싼 알루미늄 합금의 재발견”…차세대 이차전지 소재 만든다

입력 2022. 12. 6. 12:01
자동요약 기사 제목과 주요 문장을 기반으로 자동요약한 결과입니다.
전체 맥락을 이해하기 위해서는 본문 보기를 권장합니다.

전기차와 에너지저장시스템(ESS) 등 대형기기에 적용 가능한 고용량·고안정성 이차전지 개발 경쟁이 치열해지고 있다.

한국연구재단은 성균관대학교 박호석 교수 연구팀이 아연-알루미늄 합금 음극과 하이브리드 전해액 조합을 통해 고용량, 장수명을 가진 아연-알루미늄 합금 이차전지 소재 개발에 성공했다고 밝혔다.

음성재생 설정
번역beta Translated by kaka i
글자크기 설정 파란원을 좌우로 움직이시면 글자크기가 변경 됩니다.

이 글자크기로 변경됩니다.

(예시) 가장 빠른 뉴스가 있고 다양한 정보, 쌍방향 소통이 숨쉬는 다음뉴스를 만나보세요. 다음뉴스는 국내외 주요이슈와 실시간 속보, 문화생활 및 다양한 분야의 뉴스를 입체적으로 전달하고 있습니다.

- 성균관대 박호석 교수팀, 고용량·장수명 아연-알루미늄 합금 음극 구현
전기차 충전 모습.[게티이미지뱅크]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 전기차와 에너지저장시스템(ESS) 등 대형기기에 적용 가능한 고용량·고안정성 이차전지 개발 경쟁이 치열해지고 있다.

한국연구재단은 성균관대학교 박호석 교수 연구팀이 아연-알루미늄 합금 음극과 하이브리드 전해액 조합을 통해 고용량, 장수명을 가진 아연-알루미늄 합금 이차전지 소재 개발에 성공했다고 밝혔다.

최근 리튬이온전지의 에너지밀도 향상의 대안으로 리튬금속전지 연구가 활발하다. 특히 에너지저장 용량이 높고 매장량이 풍부한 비리튬계 금속인 알루미늄을 이용한 차세대 금속 음극 연구가 주목받고 있다.

하지만 알루미늄 음극은 합성이 어려운 이온성 액체와 유기용매에서만 가역반응이 가능하며, 쉽게 부식되는 한계가 있다.

또한 친환경적인 물을 용매로 사용하는 수계 전해질은 이온전도도가 높고 가격이 낮지만, 부동화층 형성과 수소 발생이 단점이다.

연구팀은 다양한 유기용매의 전기화학적·물리적 성질을 고려하고, 물과의 최적 조합을 찾아 알루미늄 이온 전해액을 설계한 뒤 아연 금속과 알루미늄 이온의 가역적인 합금 반응을 구현함으로써 난제를 극복하였다.

실험 결과 개발한 음극 소재의 수명이 7000시간에 달했으며, 이는 기존 아연, 알루미늄, 합금 음극 중에서 가장 우수한 수명 특성이다.

또한 25마이크로미터(μm) 이하의 얇은 아연-알루미늄 합금 음극과 양극을 조합한 배터리 완전 셀(full cell)을 제작한 실험에서도 높은 용량과 5000회 이상의 장수명 특성을 구현했다.

박호석 성균관대학교 교수.[성균관대학교 제공]

박호석 교수는 “이번 연구는 아연-알루미늄 합금 음극과 하이브리드 전해액 조합을 통해서 리튬금속 전지의 문제점인 안전성과 가격 경쟁력을 해결하는 동시에 에너지밀도를 높일 소재 원천 기술을 확보한데 의의가 있다”고 밝혔다.

향후 하이브리드 전해질에 대한 기초적인 이해를 통해 유기용매의 분자디자인과 조성 최적화, 배터리 셀 성능 향상을 위한 양극 최적화 등의 추가 연구를 수행할 계획이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 표지논문으로 선정됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

ⓒ 헤럴드경제 & heraldbiz.com, 무단 전재 및 재배포 금지

이 기사에 대해 어떻게 생각하시나요?