국내 대학 연구진이 차세대 에너지저장장치(ESS) 핵심 기술로 주목받는 수계 아연이온전지의 성능과 수명을 높일 수 있는 새로운 양극소재를 개발했다.

순천향대학교는 SCH미디어랩스 에너지공학과 이영우 교수 연구팀이 성균관대, 홍익대 연구팀과 공동으로 고안전성·장수명 수계 아연이온전지용 양극소재를 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 커켄달 효과를 활용해 내부가 빈 중공 구조의 니켈-망간 헥사시아노페레이트(H-NiMnHCF) 양극소재를 구현했다. 이를 통해 아연이온의 느린 이동 속도와 반복 충·방전 과정에서 발생하는 전극 구조 변형 문제를 개선했다.

개발된 소재는 니켈을 도입해 망간계 전극의 구조 왜곡을 억제하고, 중공 구조를 통해 전극과 전해질의 접촉 면적을 넓혀 이온 이동 효율을 높였다. 성능 평가 결과 500mA g⁻¹의 고전류 조건에서도 1000회 충·방전 후 약 90%의 용량 유지율을 기록하며 우수한 안정성을 보였다.

연구팀은 또 계산화학 분석을 통해 니켈 도입이 전자 구조를 안정화하는 원리를 규명했으며, 젤 전해질 기반 파우치셀 실험에서도 굽힘·절단·관통 상황에서 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.

이 교수는 “중공 구조 설계와 이종금속 조성 제어를 결합해 수계 아연이온전지의 구조 안정성과 이온 수송 문제를 동시에 해결한 연구”라며 “차세대 에너지저장장치 개발을 위한 새로운 설계 전략이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘카본 에너지(Carbon Energy)’에 게재됐다. 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실사업과 중견후속연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다.