고려대 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀은 서울대 성영은 교수 연구팀과 텔루르산(Telluric acid)을 활용한 새로운 전극 보호층을 구현해 아연(Zn) 수계 배터리의 안정성과 수명을 향상시켰다고 21일 밝혔다.
뉴시스 보도에 따르면, 아연 수계 배터리는 물 기반의 전해질을 사용해 화재 위험이 적고, 저렴하며 높은 용량을 제공한다. 그러나 실제 구동 과정에서 음극이 부식되고 부산물이 쌓이는 등의 한계가 있다.
이에 연구팀은 안정적 구조를 지닌 텔루르산을 전해질 첨가제로 적용했다. 전극 표면에 산화아연(ZnO), 이산화텔루르(TeO2), 텔루르(Te)로 이루어진 삼원 복합 인공층이 스스로 형성되도록 유도했다.
그 결과, 이 인공층은 바깥쪽에 산화아연과 이산화텔루르가, 안쪽에는 텔루르가 분포하는 견고한 구조로 나타났다.
연구팀은 구현된 인공층이 부산물 형성과 덴드라이트(충·방전 과정에서 아연이 고르지 않게 쌓이며 나뭇가지 모양으로 뻗어나가는 결정) 성장을 억제하고, 전극에 아연이 균일하게 쌓이도록 해 전극 환경을 안정화한다는 사실을 확인했다.
전기화학 분석에서도 부식으로 인한 불필요한 전류와 전극·전해질 간 전하 전달 저항이 크게 줄고, 이온의 이동성은 향상됐다. 또한 이 인공층을 적용한 아연 대칭 전지는 1500시간 이상 안정적으로 구동됐으며 실제 환경과 유사한 조건에서도 기존 대비 뛰어난 성능을 보였다.
유 교수는 "텔루르산 첨가제를 이용해 전극 표면에 삼원 복합 인공층을 스스로 형성하는 방법은 아연 수계 배터리의 약점을 해결한 것"이라고 설명했다.
한편 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 원천기술국제협력개발사업(이차전지 국제공동연구)와 개인기초연구 지원을 받아 수행됐으며 재료과학 분야의 세계적 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)' 온라인에 지난 8일 게재됐다.
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