포스텍(POSTECH)은 조창신 친환경소재대학원·화학공학과 교수, 박사과정 장주영 씨 연구팀이 고분자를 혼합해 배터리 전극의 내구성을 높여줄 보호막을 개발했다고 7일 밝혔다.
태양광 등 재생에너지를 이용한 전력생산은 매우 불규칙하다. 전력을 저장한 후 필요할 때 사용하는 에너지 저장시스템(ESS)이 재생 에너지를 위한 핵심기술로 주목받는 이유다. 보통 ESS 배터리로 리튬(Li) 이온 배터리를 많이 사용하지만 가격이 비싸고 리튬이 고갈될 우려가 있어 이를 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
리튬을 대체할 후보 물질 중 하나는 지구상에 풍부한 아연(Zn)이다. 아연 이온 배터리는 많은 양의 전력을 저장할 수 있고, 리튬 이온 배터리에 비해 화재의 위험으로부터도 안전하다. 그러나 ESS 배터리 전극에 아연을 균일하게 증착시키는 공정이 까다롭고, 충·방전이 반복되면 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 형성돼 전지 내구성을 떨어뜨린다는 문제가 있었다.
연구팀은 이번 연구를 통해 바이오 고분자인 잔탄검과 이온전도성 고분자로 전극의 보호막을 제작했다. 두 고분자의 상호작용으로 전극 표면에는 매끄러운 막이 형성됐고, 물리적 충격과 화학적 오염으로부터 전극을 보호했다. 또 이 막은 산소 작용기가 풍부해 아연의 균일한 핵 형성을 도와 전극 표면에 아연이 잘 증착된다. 그 결과 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정 형성비율이 급격하게 줄었고, 200일 동안 충·방전을 반복한 후에도 높은 안정성을 보였다.
조창신 교수는 “이번 연구가 친환경 에너지 생산을 위한 ESS 기술 상용화에 큰 도움이 되면 좋겠다”고 말했다.
한국연구재단과 한국에너지기술평가원의 지원으로 수행된 이번 연구내용은 에너지 분야 국제학술지 '에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)'에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
