차세대 아연 배터리의 한계, 그래핀으로 극복한다

GIST·동국대, 그래핀 코팅으로 아연 이온 배터리 성능·안정성 높여

국내 연구진이 개발한 그래핀 코팅 스테인리스강 포일 제조 공정의 개략도./광주과학기술원(GIST)

국내 연구진이 차세대 기술로 주목받는 ‘아연 이온 배터리’의 한계를 극복할 새로운 방법을 제시했다.

조용륜 광주과학기술원(GIST) 중앙기기연구소 연구원과 안건형 동국대 교수 공동 연구진은 아연 이온 배터리의 성능과 내구성을 크게 높일 수 있는 원천 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 온라인판에 지난 4월 2일 게재됐다.

아연 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 비용이 적고 폭발 위험이 적으며, 자원 확보도 쉬워 차세대 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)이나 재생에너지 분야에서 주목받고 있다. 하지만 반복적인 충·방전 과정에서 성능이 급격히 저하되고, 물 기반 전해질로 인한 부식이 발생하기 쉬워 배터리 수명이 짧아지는 단점이 있었다.

연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 전류를 전달하는 얇은 금속판인 ‘전류 집전체’ 표면에 그래핀을 얇고 균일하게 입히는 기술을 개발했다. 그래핀은 탄소가 벌집 모양으로 연결된 평면 구조의 소재로, 가볍고 강하며 전기와 열 전도성이 뛰어나다.

특히 금속판을 계속 움직이며 표면을 코팅하는 ‘롤투롤’ 방식에 이어 400도에서 열처리하는 단순한 공정만으로도 소재의 전기적 특성과 내구성을 확보할 수 있었다.

개발한 소재를 적용한 배터리는 고용량 조건에서도 안정적으로 작동했으며, 충·방전 1500회 이후에도 초기 용량의 약 88.7%를 유지했다.

안건형 교수는 “이번 기술은 에너지 저장 분야에서 기존 리튬 이온 배터리의 한계를 뛰어넘을 수 있는 대안”이라며 “지속 가능한 에너지 기술로 에너지 비용의 절감과 공급망 안정성 향상에도 크게 기여할 것”이라고 강조했다.

참고 자료

Advanced Energy Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202500261

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