가천대 연구팀, 폭발 위험 없는 수계아연 이차전지 기술 개발

허재현·김일태·안용남 가천대학교 화공생명공학 교수팀이 개발한 폭발 위험이 없는 고성능 수계아연 이차전지 전극 물질 설명 자료. /가천대

허재현·김일태·안용남 가천대학교 화공생명공학 교수팀이 폭발 위험이 없는 고성능 수계아연 이차전지 전극 물질을 개발했다. 수계아연전지는 물을 전해질로 사용하는 이차전지로 리튬 이온전지에 비해 화재 위험이 적고 환경친화적인 장점이 있다.

17일 가천대에 따르면 연구팀은 수계아연 이차전지의 고질적인 문제로 알려진 충·방전 과정의 아연 음극 위 덴드라이트 형성(배터리 음극 표면에 생기는 나뭇가지 모양의 결정체)과 수소 기체 발생, 수계 전해질 내부 부식 문제를 해결하기 위해 아연 금속 표면에 티타산칼슘 나노입자들을 코팅했다.

인조 피막으로 사용된 티타산칼슘은 강한 내화학성을 가져 약산성 수계 전해질 내부에서 아연 금속 부식을 억제하고 강유전성으로 아연 이온의 이동과 확산을 용이하게 해준다. 또 충·방전 과정에서 무작위로 성장하는 아연 덴드라이트 형성을 효과적으로 막아 충·방전 수명을 길게 해준다.

연구팀은 이러한 현상을 다양한 물리화학·전기화학적 분석법을 통해 입증했으며 이 과정에서 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명을 가진 수계아연 이차전지를 구현했다.

연구팀 관계자는 “이번 연구 결과는 향후 화재 및 폭발 위험이 있는 기존 리튬이온전지를 대체할 수 있는 수계 이차전지 연구개발에 다양하게 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 지난달 13일 화학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 케미스트리(Journal of Energy Chemistry)’ 온라인판에 실렸다.