국내 연구진이 배터리 수명과 안전성을 동시에 끌어올리는 핵심 기술을 확보했다. 1분 이내의 간단한 공정으로 성능을 개선할 수 있어 차세대 배터리 상용화에 속도가 붙을 것으로 전망된다.
아주대학교는 16일 윤태광 교수 연구팀이 아연 금속 표면을 재설계해 배터리 수명과 안전성을 동시에 개선하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
연구 결과는 국제 학술지 'Advanced Energy Materials' 3월호에 실렸으며, 논문 제목은 '급속 마이크로파 식각 및 폴리도파민 보호 기반 아연 음극 표면 재구성'이다.
연구에는 윤태광·이준우 아주대 교수와 건국대 윤기로 교수가 참여했고, 이용균·김은서 석사과정생이 제1저자를 맡았다.
최근 전기자동차 보급 확산과 재생에너지 확대에 따라 에너지저장장치(ESS) 수요가 급증하고 있다. 그러나 기존 리튬이온전지는 화재 위험과 원자재 공급 불안이 한계로 지적된다.
연구팀은 대안으로 주목받는 아연이온전지의 구조적 문제에 집중했다. 충·방전 과정에서 금속이 뾰족하게 자라는 '덴드라이트' 현상과 물 기반 전해질에서 발생하는 부반응이 배터리 수명을 단축시키는 주요 원인으로 분석했다.
해법은 비교적 단순했다. 연구팀은 마이크로파를 이용해 아연 표면에 미세 구멍 구조를 형성했다. 공정 시간은 1분 이내로, 전류 분포를 균일하게 만들어 덴드라이트 형성을 억제한다. 여기에 홍합 접착 성분에서 착안한 폴리도파민 보호막을 추가로 코팅해 전해질과의 불필요한 반응을 줄이고 안전성을 높였다.
성능 개선 효과는 뚜렷했다. 고출력 조건에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며, 1500회 이상 충·방전 후에도 초기 성능의 70% 이상을 유지한다. 복잡한 장비 없이 짧은 시간 안에 제작할 수 있어 산업 현장 적용 가능성도 크다는 평가다. 연구팀은 이 기술을 적용한 배터리로 소형 전자기기 구동에도 성공했다.
윤태광 교수는 "수명과 안전성 문제를 동시에 해결하면서도 간단한 공정으로 상용화 가능성을 높였다"고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 G-Hub 프로그램의 지원을 받아 수행했다.
수원=정진욱 기자