에너지연·울산과기원, 화재 위험 없는 수계아연전지 제조기술 개발

연구진이 개발한 아연의 균일한 증착 메커니즘. (에너지연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 화재 위험 없는 수계아연전지의 전극 제조 핵심 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원 광주친환경에너지연구센터 우중제 박사와 울산과학기술원 조재필 교수 연구팀은 수계아연전지의 덴드라이트 형성을 제어할 수 있는 전극 제조 핵심기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

수계아연전지는 물을 전해질로 사용하는 이차전지로 휘발성의 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지에 비해 화재 위험이 없고 친환경적이다.

하지만 충전 과정에서 음극 표면에 아연이 길쭉하게 증착되는 덴드라이트 현상이 발생해 수명이 짧아진다는 문제가 있다.

덴드라이트는 전지의 충전 과정에서 음극에 금속 이온이 무질서하게 증착되면서 나뭇가지 모양으로 길쭉하게 쌓이는 현상을 말하며, 불규칙한 성장이 진행되면 단락(쇼트)을 일으켜 전지의 안정성에 심각한 영향을 미치고 수명을 단축시킨다.

특히 덴드라이트는 리튬 이온전지보다 수계아연전지에서 더 활발하게 형성되기 때문에 기술 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다.

이에 연구진은 산화구리를 활용해 아연의 균일한 증착을 유도하고 덴드라이트 형성을 제어하는 데 성공했다. 이를 통해 제작된 전극을 전지에 적용한 결과 기존 전지 대비 10배 이상 향상된 수명을 나타냈다.

연구진은 아연 증착을 제어해 세계 최고 수준인 60mAh/㎠의 면적 당 용량을 달성하는데 성공했다. 또 3000회 이상의 전지 성능 실험을 통해 내구성을 입증했으며 64㎠의 대면적 전극에도 용할 수 있다는 점도 확인했다.

한국에너지기술연구원 광주친환경에너지연구센터 우중제 박사. /뉴스1

우중제 박사는 “수계아연전지의 난제인 덴드라이트 형성을 산화구리와 같은 저가의 물질과 공정으로 해결할 수 있다는 단초를 제공했다”며 “향후 개발된 전극을 규격화하고 시스템화하는 후속 연구를 통해 수계전지 상용화를 앞당기는 데 기여하겠다”고 말했다.

이번 연구 성과는 에너지·재료 분야 저명 학술지 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼스’ 8월호에 실렸다.

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