화재 위험 없는 차세대 수계아연전지 수명 문제 해결

에너지연·UNIST "덴드라이트 형성 제어 성공"

수계아연전지 구조 분석하는 연구팀 [한국에너지기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국에너지기술연구원 우중제 박사와 울산과학기술원(UNIST) 조재필 교수 연구팀은 수계아연전지의 수명 저하 문제를 해결할 전극 제조 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

차세대 이차전지로 꼽히는 수계아연전지는 물을 전해질로 사용해 화재 위험이 없고, 이론적으로 리튬 이온전지에 비해 2배 이상 높은 용량을 확보할 수 있다.

하지만 충전 과정에서 음극 표면에 아연 입자가 길쭉하게 쌓이면서 덴드라이트(dendrite·수상돌기, 나뭇가지 모양으로 성장하는 현상)가 발생, 수명이 짧아진다는 문제가 있다.

특히 덴드라이트는 리튬 이온전지보다 수계아연전지에서 더 활발하게 형성돼 기술 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 산화구리를 활용해 아연의 균일한 증착을 유도, 덴드라이트 형성을 제어하는 데 성공했다.

구리 등 유도제를 첨가하는 기존 방식과 달리 충·방전을 거듭해도 덴드라이트 현상이 재발하지 않는다고 연구팀은 설명했다.

아연 전극(b)과 카본 전극(c)에 비해 증착이 균일한 연구팀이 개발한 전극(a) [한국에너지기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

이를 통해 제작된 전극을 전지에 적용한 결과, 기존 수계아연전지 대비 수명이 10배 이상 향상된 것으로 나타났다.

1㎠ 당 60mAh(밀리암페어시)로 최고 수준 용량을 달성했으며, 3천차례 이상의 전지 성능 실험을 통해 내구성을 입증했다.

우중제 박사는 "수계아연전지의 난제인 덴드라이트 형성을 산화구리와 같은 저렴한 물질을 이용해 해결할 수 있음을 제시했다"며 "후속 연구를 통해 수계전지 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials) 이달 호에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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