국민대학교(총장 정승렬) 전자화학재료전공 홍승현 교수 연구팀이 차세대 에너지 저장 및 배터리 소재로 각광받고 있는 수계아연전지 아연금속전극의 표면 개질 연구를 통해 수계배터리 성능 및 안정성을 향상시키는 기술을 개발했다. 이번 연구는 특히, 전기차, 휴대용 기기에 널리 사용되는 수계전해질 매체 기반 전기화학 에너지 저장 시스템에서 발생할 수 있는 안전성 문제를 해결하는 데 초점을 맞추고 있다.

기존의 배터리 시스템은 일부 소수국가의 생산에 의지해야 한다는 위험에 직면해 있다. 또한, 유기 전해질의 분해로 인해 발생할 수 있는 열적 불안정성은 리튬 배터리의 화재 재난으로 이어질 수 있는 위험 요소로 지적되어 왔다. 이에 대한 해결책으로, 홍승현 교수 연구팀은 아연(Zn) 기반의 수계 이온 배터리(AZIBs)에 주목했다. 아연은 풍부하고 저렴할 뿐만 아니라 친환경적인 특성을 지니며, 수분이 포함된 전해질 솔루션을 통해 시스템의 전반적인 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

홍승현 교수 연구팀은 자이고 코리아의 표면분섣 도움을 받아 아연 결정면이 부식 저항 향상에 유리함을 활용하여 아연전극(ZnSE)을 초고속으로 제작하는 전략을 제시했다. 이 아연전극은 뛰어난 충방전 안정성을 가지는 것으로 확인되었다.

홍 교수는 “이 연구는 아연 기반 수성 이온 배터리의 성능과 안정성을 대폭 향상시킬 수 있는 새로운 접근 방법을 제시함으로써, 미래의 에너지 저장 시스템 개발에 기여할 수 있을 것”이라며 “연구 결과는 향후 전기차, 정지형 시스템, 그리고 휴대용 기기에 사용될 에너지 저장 시스템의 선택 폭을 넓히고, 그 안정성을 증가시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 국민대 홍승현, 차필령 교수팀 (국민대 신소재) 및 경상국립대 안건형 교수팀 성균관대학교 차승남 교수팀이 연구에 참여했고 정희빈 국민대 석사과정생의 주도로 진행됐다. 한국연구재단 개인연구사업 기본연구 및 한국연구재단 공정조합설계 플랫폼과제 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 최근 재료과학 분야 저명 학술지인 '저널 옵 머티리얼즈 케미스트리 A'에 온라인 게재됐다.