김재국 전남대 교수팀, 차세대 이차전지 실용성 제고 연구방향 제안

김재국 전남대 교수팀 수계아연금속전지 연구방향 제안 논문 그림.

전남대학교는 김재국 신소재공학부 교수팀이 차세대 이차전지의 실용성을 높이는 연구 방향을 제안했다고 26일 밝혔다.

김 교수팀은 '수계 아연-금속 이차전지(ARZMBs)'의 현실적인 문제와 실용성에 대해 에너지 밀도 계산, 가격, 전극의 구성 등 다양한 관점에서 비교·분석해 '차세대 수계 아연-금속 이차전지'에 대한 연구 방향과 전망을 도출했다.

'수계 아연-금속 이차전지'는 아연의 풍부한 매장량, 구성 소재들의 낮은 가격, 간단한 시스템 구조 등의 장점으로 주목받는 차세대 이차전지 시스템이다. 종류로는 아연-알칼라인 전지, 아연이온전지, 분리된 전해질(Decoupled-electrolyte) 전지, 아연-니클, 아연-공기, 아연-할로겐 전지 등 다양하며 각기 다른 전기화학 반응 메커니즘으로 장단점 또한 뚜렷하다.

그중 강 염기·강 산으로 구성된 '분리 전해질 전지'는 망간 또는 아연 용해, 가스 발생, 수지상, 분리막 등 다양한 문제점을 가지고 있다. 하지만 600mAh/g의 높은 용량과 2.4V의 높은 작동전압을 갖는다는 우수한 특성이 있다. 이는 다른 전지 시스템과 달리 양극에서 2전자 반응을 완벽히 활용 가능하다는 데서 차이를 보인다. 약 8년 전 보고된 이후로 거의 연구되지 않았기 때문에 매우 높은 연구 가능성을 가지고 있다.

연구팀은 높은 에너지 밀도와 잠재력을 가지고 있는 분리 전해질 시스템을 중심으로 차세대 '수계 아연-금속 이차전지'의 잠재력을 이끄는 연구방향을 제안했다. 시스템 공통적인 부분에서, 상용화된 아연 포일 음극에 대한 활용보다는 높은 수명특성과 아연 활용의 특성을 가지는 인-하우스(In-house) 아연 음극을 개발할 것을 제안했다.

이번 연구는 에너지 분야에서 저명한 국제 학술지인 '미국화학회(ACS) 에너지 레터스'에 게재됐다. 이 연구는 선도연구센터(ERC)와 기초연구실지원사업(NLAB)의 지원을 받아 수행했다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com