화재 위험 없는 수계아연전지 나왔다

에너지연, 전자 스펀지 기술 적용… 내구성 3배 강화

수계아연전지 내구성 개선에 적용된 ‘전자 스펀지 기술’ 설명 이미지.한국에너지기술연구원 제공.

[충청투데이 윤경식 기자] 국내연구진이 ‘전자 스펀지 기술’로 수계아연전지의 안정성 개선에 성공해 아연전지 시장의 확대 가능성을 한층 높였다.

한국에너지기술연구원은 양정훈·이찬우 박사 연구진(에너지저장연구단)이 신규 전극 소재를 개발하고 이를 수계아연전지에 적용해 내구성을 개선하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

수계아연전지는 물을 전해질로 사용하는 이차전지로 휘발성의 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지에 비해 친환경적이고 화재 위험이 없어 차세대 에너지저장시스템(ESS)로 주목받는 소재다.

그러나 충전과정에서 ‘덴드라이트 현상’(음극 표면에 아연금속이 나뭇가지 모양으로 쌓이는 현상)이 발생해 수명이 짧아진다는 문제가 있었다.

이에 연구진은 신규 구리 산화물 나노입자를 개발하고 음극의 전자를 흡수·방출하는 ‘전자 스펀지’ 기술을 통해 덴드라이트 형성을 억제하는데 성공했다.

‘전자 스펀지 기술’은 아연전지 음극에서 전자는 아연 이온과 만나 아연금속이 되고 전기를 저장하는데 구리 산화물 나노입자가 스펀지처럼 전자를 빨아들여 아연이 평평하게 들러붙을 수 있도록 해 무질서한 아연 형성을 억제하는 원리다.

또 방전 시에는 전자를 빠르게 방출하고 아연 금속의 용해를 촉진시켜 음극 표면에 남아있는 아연을 최소화하는 역할을 수행, 이를 통해 충·방전 과정에서 남은 아연이 덴드라이트로 성장하는 것도 방지했다.

이를 아연-폴리요오드 흐름전지에 적용한 결과 2500회 충·방전 시에도 덴드라이트가 형성되지 않아 기존 전지(800회) 대비 3배 이상의 내구성을 보였고 충전 용량 대비 방전 용량의 비율은 98.7%로 측정돼 높은 효율 특성을 나타냈다.

양정훈·이찬우 박사는 “이번 연구를 통해 고성능·고안정성 차세대 아연 전지 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다”며 “개발한 신규 구리 산화물 전극소재를 3.5㎾급 아연-폴리오드 흐름 전지 실증 기술과 접목해 상용화 규모에서의 성능 검증도 신속하게 진행할 계획”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 에너지연의 기본사업과 삼성 미래기술 육성사업 지원을 받아 수행됐다.

윤경식 기자 [e-mail]