한양대학교는 염봉준 화학공학과 교수 연구팀이 임형규 강원대 화학공·생물공학부 교수 연구팀과 공동으로 차세대 수계 아연이온전지의 수명과 성능을 획기적으로 끌어올리는 새로운 분리막 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
물을 기반으로 한 전해질을 사용하는 수계 아연이온전지는 기존 리튬이온전지 대비 발화 및 폭발 위험이 없어 안전성이 탁월하다. 핵심 소재인 아연의 가격이 저렴하고 매장량이 풍부해 대규모 에너지저장장치(ESS)에 적합한 차세대 배터리로 전 세계적인 주목을 받는다.
충·방전이 반복되면 아연 금속 표면에 아연 이온이 불균일하게 쌓이면서 나뭇가지 모양의 수지상 결정(덴드라이트, Dendrite)이 자라나, 전지의 수명과 안정성을 급격히 떨어뜨리는 치명적인 한계가 존재했다.
공동 연구팀은 이 같은 한계를 돌파하기 위해 나노셀룰로오스 기반의 하이드로젤 분리막에 '반복적 계면 조립 기술(Repetitive Interfacial Assembly)'이라는 독창적인 접근법을 새롭게 도입했다. 고분자층을 단번에 코팅하는 기존 방식에서 벗어나, 흡착과 중합 사이클을 정밀하게 반복함으로써 나노섬유 표면에 3차원으로 연결된 이온 이동 통로를 구축하는 전략이다.
연구팀은 전지 내부의 아연 이온 전달 속도와 균일도를 완벽하게 통제해 덴드라이트의 성장을 원천적으로 억제했으며 장기 구동 안정성을 대폭 향상시키는 데 성공했다.
이번 연구는 분리막이 양극과 음극을 나누는 단순한 물리적 장벽을 넘어, 이온의 흐름과 전극 반응을 능동적으로 조절해 전지 성능을 좌우하는 핵심 소재로 기능할 수 있음을 증명했다는 점에서 의미가 크다.
염봉준 한양대 교수는 “이번에 개발한 분리막 기술이 안전하고 지속 가능한 차세대 수계 배터리의 상용화를 앞당기는 핵심 원천 소재 기술이 될 것”이라고 기대감을 전했다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구실, 중견연구, 핵심연구 지원사업 및 교육부 RISE 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 에너지 소재 분야 저명 국제학술지인 'Advanced Energy Materials' 6월 호에 게재됐으며, 우수성을 인정받아 해당 호의 표지 논문으로 선정됐다. 한양대 화학공학과 최원석 박사과정생이 제1저자로, 한양대 염봉준 교수와 강원대 임형규 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
권미현 기자 mhkwon@etnews.com
