화재 위험 없는 수계아연전지, 결정 형성 억제…내구성 3배↑

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에너지硏, 산화구리 나노입자로 된 전극 소재 개발

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국에너지기술연구원 양정훈·이찬우 박사 연구팀은 수계아연전지의 덴드라이트(dendrite·나뭇가지 모양의 결정) 형성을 억제할 신규 전극 소재를 개발했다고 17일 밝혔다.

수계아연전지는 물을 전해질로 사용해 화재 위험이 없고, 제조 비용이 저렴해 리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지로 주목받고 있다.

다만 충전 과정에서 음극 표면에 아연 입자가 길쭉하게 쌓이면서 덴드라이트가 발생, 수명이 짧아진다는 한계가 있다.

연구팀은 아연과 강하게 결합하는 산화구리를 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 크기 입자로 만들어 전극 소재에 적용했다.

산화구리는 충전 중에는 스펀지가 물을 빨아들이듯 전자를 빨아들여 아연이 평평하게 달라붙을 수 있도록 하고, 반대로 방전 중에는 물을 짜내듯 전자를 방출해 아연이 빠르게 전해액으로 녹아서 나가도록 하는 방전 반응을 촉진한다.

이 같은 스펀지 효과를 이용해 아연의 고른 성장을 유도함으로써 아연 입자가 응집되는 것을 막을 수 있다.

이를 수계아연전지인 '아연-폴리요오드 흐름전지'에 적용한 결과, 2천500차례의 충·방전에도 덴드라이트가 생기지 않은 것으로 나타났다.

기존 전지가 800차례 정도의 충·방전에도 덴드라이트로 인해 고장 나는 것을 감안하면 3배 이상 내구성이 높은 셈이다.

충전 용량 대비 방전 용량 비율은 98.7%로 높은 효율 특성을 나타냈으며, 기존 보고된 아연-폴리요오드 흐름전지 대비 30% 향상된 에너지 밀도를 보였다.

연구팀은 "개발한 소재를 3.5㎾(킬로와트)급 아연-폴리요오드 흐름 전지 실증 기술과 접목해 상용화 규모에서의 성능 검증을 진행할 계획"이라고 밝혔다.

jyoung@yna.co.kr

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