국내 연구진이 배터리의 수명과 안정성을 동시에 개선하는 기술을 개발했다. 간단한 공정으로 성능을 높일 수 있어 차세대 배터리 상용화 가능성이 주목된다.

아주대학교는 윤태광 교수 공동 연구팀이 아연 금속 표면을 재설계하는 기술을 개발해 배터리 수명과 안정성을 향상시켰다고 밝혔다.

최근 전기차와 신재생에너지 확대에 따라 에너지저장장치(ESS)와 배터리 기술 중요성이 커지고 있다. 기존 리튬이온전지는 가연성 전해질 사용에 따른 화재 위험과 자원 공급 불안정성이 한계로 지적된다.

대안으로 주목받는 아연이온전지는 물 기반 전해질을 사용해 안전성이 높고 자원 확보도 용이하지만, 반복 충·방전 과정에서 수명이 빠르게 감소하는 문제가 있다.

연구팀은 수명 저하 원인으로 충·방전 과정에서 발생하는 ‘덴드라이트’ 형성과 물과의 부반응을 지목했다.

이를 해결하기 위해 마이크로파를 활용해 아연 표면을 1분 이내에 미세 다공 구조로 형성했다. 이 구조는 전류 분포를 균일하게 만들어 금속이 뾰족하게 성장하는 현상을 억제한다.

여기에 홍합 접착 물질에서 착안한 폴리도파민 보호막을 적용해 물과의 불필요한 반응을 줄였다. 구조 설계와 보호막 형성을 결합한 방식이다.

해당 기술을 적용한 배터리는 고출력 조건에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했고, 1500회 이상 충·방전 이후에도 약 70% 이상의 성능을 유지했다.

또 복잡한 공정 없이 짧은 시간 내 제작이 가능해 산업 현장 적용 가능성도 높다는 평가다. 연구팀은 해당 기술을 적용한 배터리로 소형 전자기기 구동에도 성공했다.

윤태광 교수는 “수명과 안정성 문제를 동시에 개선한 기술”이라며 “간단한 공정으로 구현 가능해 상용화 가능성이 크다”고 밝혔다.

연구 결과는 ‘급속 마이크로파 식각 및 폴리도파민 보호 기반 아연 음극 표면 재구성’ 관련 논문으로 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 매터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 게재됐다.

이번 연구에는 아주대 윤태광·이준우 교수와 건국대 윤기로 교수가 참여했으며, 아주대 대학원생 이용균·김은서씨가 제1저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행됐다.