한양대학교 김찬훈 박사(화학공학과 연구교수)가 17일 교내 한양종합기술연구원(HIT)에서 티엔피솔루션(대표 강성구)과 수계아연이온전지의 상용화에 필수적인 '아연 음극 보호 기술'에 대한 기술이전 협약을 체결했다고 밝혔다.
수계아연이온전지는 리튬이온전지보다 에너지 밀도는 낮지만, 물 기반 전해질을 사용하여 발화 위험이 없어 안전성이 높다. 또한, 원재료 비용이 리튬이차전지의 1/3 수준으로 저렴하여 에너지저장장치(ESS)용 이차전지로 활발히 연구되고 있다.
그러나 수계아연이온전지는 충전 시 아연 음극 표면에 덴드라이트(Dendrite)라는 뾰족한 결정체가 형성되고, 가스 발생으로 인해 수명이 급격히 단축되며 배터리가 부푸는 문제점이 있다. 덴드라이트는 충방전 반응에 거의 참여하지 않으며, 충방전이 반복될수록 성장하여 분리막을 뚫고 양극과 맞닿아 단락을 일으켜 전지 작동을 멈추게 만든다. 또한, 충전 시 발생하는 수소 기체는 배터리가 부풀어 오르는 '스웰링(Swelling)' 현상을 초래해 안전성을 저하시킨다. 이런 문제는 대면적 전극을 구현할 때 두드러지며, 이는 수계아연이온전지의 상용화에 있어 큰 걸림돌로 작용해왔다.
이를 해결하기 위해 김찬훈 박사 연구팀은 상용 고분자를 간단한 방법으로 개질해 대면적 아연 음극 표면에 수 마이크로미터 두께의 균일한 기능성 고분자 보호막을 형성하는 기술을 개발했다. 이 보호막을 통해 덴드라이트와 수소 발생을 효과적으로 억제할 수 있음을 입증했다.
연구팀은 이번 기술을 민간기업 티엔피솔루션에 기술이전 했다. 티엔피솔루션은 2019년 5월 통신장비 제조 및 판매를 시작으로 에너지 및 안전 솔루션 전문 기업으로 성장해 온 기업으로 현재는 인명 탐지용 레이더 센서를 양산 중이다. 독자적인 기술력을 바탕으로 수계아연이온전지 생산을 준비하고 있으며, 이번 기술이전을 통해 공정 최적화를 거쳐 내년 상반기 양산 공정에 적용할 예정이다.
강성구 티엔피솔루션 대표는 “이번 기술이전을 통해 확보한 핵심 기술을 바탕으로 내년 상반기 예정된 납축전지 대체용 수계아연이온전지의 양산을 차질 없이 진행할 계획”이라고 밝혔다.
김찬훈 박사는 “비리튬계 차세대전지 관련 기술이 다수 발표됐지만, 민간기업 기술이전은 드물다”며 “이번 기술이전을 시작으로 티엔피솔루션과 협력해 수계아연이온전지의 조기 상용화에 최선을 다하겠다”고 말했다
한편, 이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 STEAM 연구사업(미래유망융합기술파이오니어)의 지원을 받아 수행됐다. 이를 통해 국내 배터리 산업의 경쟁력을 높이고, 친환경 이차전지 시장 확대에 기여할 것으로 기대된다.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com
