경희대학교(총장 한균태) 웨어러블융합전자연구소 유재수 교수 연구팀(제1저자 경희대 전자정보융합공학과 Wang Tian 박사과정생)이 중국의 상뤄대학교(Shangluo University) Li Kang 연구팀과 공동연구를 통해 리튬이온배터리를 대체할 차세대 이차전지로 주목받고 있는 ‘수계 아연 금속 전지’ 상용화를 이끌 전략을 제시했다.

리튬이온배터리는 높은 에너지 밀도에 비해 과열 및 화재 위험이 있는 반면에 수계 아연 금속 전지는 리튬이온배터리와 달리 물을 기반으로 하는 무연물 전해질을 활용해 화재 위험이 낮다.

또한, 아연은 저비용, 환경 친화성, 고유 안정성 등 다양한 장점을 가지고 있으며, 수계 아연금속 전지는 아연과 물을 사용해 환경 오염이 적다.

수계 아연금속 전지의 단점으로는 아연 음극 표면의 덴드라이트 성장과 부반응 문제로 수명이 짧아서 이에 유재수 교수 연구팀은 2차원 신물질인 맥신을 사용해 아연 음극의 덴드라이트 성장을 억제했다.

연구팀이 제안한 전략을 활용해 제작한 수계 아연금속 전지는 기존의 수계 아연금속 전지에 비해 더 나은 사이클링 안정성과 우수한 속도 성능을 기록했으며, 또한 수계 아연금속 전지 재충전 가능성을 제시해 상용화 토대를 마련했다고 연구팀은 밝혔다.

유재수 교수는 “긴 수명과 안정성을 가진 이차전지의 수요가 늘어남에 따라 미래 유망산업에서 다방면으로 활용될 것”이라며 “향후 연구에서 정교한 계면층 설계를 통해 아연 음극 표면의 부반응과 덴드라이트 성장을 더욱 억제해 값싸고 더욱 긴 수명을 갖는 아연 기반 수계 전지 구현 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 2018년 교육부 이공분야 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야 학술지인 ‘Energy Storage Materials(IF=20.4)’ 9월 호에 게재됐다.

베타뉴스 강규수 기자 ()
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