국내 연구진, 반죽처럼 촉촉한 전해질로 이차전지 성능 높여

조해성과 형태 변형성을 지닌 반죽 형태의 고상 전해질의 대기 중에서의 상태 변화 및 제조 기술.(경기대 제공)/뉴스1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 반죽처럼 촉촉한 전해질로 차세대 이차전지 성능을 높이는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 경기대 박상윤 교수와 차세대융합기술연구원 전옥성, 유영준 박사 공동연구팀이 아연-공기 전지의 성능을 높이고 극한 환경에서 수명 절감의 다양한 원인을 해결할 수 있는 반죽 형태의 고상 전해질을 개발했다고 18일 밝혔다.

수계 고상 전해질을 사용하는 아연-공기 전지는 대기 중 산소를 연료로 활용하는 방식으로, 이론적으로 안정성‧경제성‧친환경성을 갖춘 차세대 에너지 저장장치로 큰 주목을 받고 있다.

하지만 고상 전해질은 액상 전해질에 비해 이온전도도가 현저히 떨어지고 아연-공기 전지 특성상 개방형 공기극 구조에 의해 전해질 내 수분이 증발해 전지 수명이 감소하는 등의 문제에 봉착해 있다.

이에 연구팀은 정형화된 형태의 전해질이 아닌 변형이 가능한 반죽 형태의 고상 전해질을 단순한 혼합을 통해 제조하는 데 성공했다.

물의 함량에 따라 겔화 정도가 달라지는 알긴산 나트륨 소재와 전도성 소재인 수산화칼륨을 혼합시킴으로써 형태 변형이 가능하고 부착성이 좋은 반죽 형태의 전해질을 제조해 아연-공기 전지의 삼상계면을 높였다.

겔화는 액체에서의 고상 농도가 진해짐에 따라 고형 성분끼리 서로 엉겨 유동성을 잃고, 고형물질이 형성한 망상 구조 내에 물이 분산돼있는 상태를 말한다.

이 고상 전해질은 저습 환경에서 대기 중 수분을 흡수할 수 있으며 이온전도도가 높고 계면 저항이 낮아 저온에서도 구동이 가능하다.

또 실험 결과 해당 고상 전해질은 상대습도가 20% 이하인 극한 환경에서도 안정적인 수명 특성을 보였다.

박상윤 경기대 교수./뉴스1

박상윤 교수는 “고상 전해질 기반 아연-공기 전지의 고질적인 건조 문제와 전극-계면 저항 문제를 동시에 해결하는 반죽 형태의 고상 전해질을 개발했다"며 "웨어러블 전자 장치와 같은 다양한 연구 분야로 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 5월호 표지 논문으로 선정됐다.

memory4444444@news1.kr