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'옷처럼 입는다' 차세대 아연이온 배터리 개발

KIST, 기존 아연 금속전지 소재적 한계 극복
- 유연한 섬유형태로 제작, 안전하게 입을 수 있는 인체 친화형 배터리
 전극 표면처리 기술을 통해 안전한 인체 친화형 차세대 아연이온 배터리를 개발한 KIST 연구진. (좌)KIST 우주만 기술원, (중)KIST 이중기 책임연구원, (우)김지영 연구원(박사과정).<사진=KIST 제공> 전극 표면처리 기술을 통해 안전한 인체 친화형 차세대 아연이온 배터리를 개발한 KIST 연구진. (좌)KIST 우주만 기술원, (중)KIST 이중기 책임연구원, (우)김지영 연구원(박사과정).<사진=KIST 제공>

폭발 위험이 없어 옷처럼 입을 수 있는 안전한 이차전지가 개발됐다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 이중기 에너지저장연구단 박사팀이 화재위험 없는 차세대 아연금속 전극 이차전지를 개발했다고 11일 밝혔다. 

리튬이온배터리를 활용한 다양한 전자기기 화재 주요원인으로 가연성의 전해질이 지목된다. 아연 이온이차전지는 물 기반 전해질을 사용해 폭발위험이 없어 리튬이온배터리를 대체할 유력한 후보로 꼽힌다. 

하지만 아연 이온 이차전지 핵심 소재인 아연금속 음극(-)은 물 기반 전해질에서 지속적으로 부식되는 문제가 있었다. 또 아연이 금속표면에 저장될 때 나뭇가지 형태의 결정(덴드라이트)으로 쌓여 전극 간 단락을 일으켜 효율이 급격하게 저하됐다.

이중기 박사팀은 금속전극 표면에 전류를 반복적으로 흐르게 했다가, 차단하는 '싸이클 양극산화공법'을 개발해 아연금속의 산화막 표면코팅과 형상을 동시에 제어하는데 성공했다. 연구진에 따르면 이 공법을 통해 아연금속 표면에 육각뿔 피라미드가 배열된 형상을 형성시켜 전기화학 반응 중에 덴드라이트의 발생을 원천적으로 억제했다. 또 아연금속 산화막 표면코팅을 통해 전해질과 직접 접촉하는 것을 차단해 부식을 방지할 수 있었다.

연구 관계자에 따르면 개발된 아연금속 이차전지는 구조적, 전기화학적인 안정성으로 인해 상당한 가혹 조건(9,000mA/g, 약 2분 만에 총 용량의 완전충전 및 방전)으로 충·방전을 지속해도 1000 사이클 동안 100%에 가깝게 용량을 유지할 수 있다.

안정성을 바탕으로 유연한 섬유형태로도 아연금속 이차전지를 제조하는데 성공했으며, 직물로 제작해 옷이나 가방 형태로 응용했다.

이중기 박사는 "높은 안정성과 향상된 전기화학적 성능뿐만 아니라 간단한 공정을 바탕으로 제조공정에 대한 실용화 가능성에 대한 경쟁력도 확보할 수 있을 것"이라고 말했다. 

연구결과는 재료과학분야 국제 저널 'Advanced Functional Materials' 최신호에 게재됐다. 
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