KIST, 리튬보다 안전한 아연이온 배터리 개발

조선비즈
  • 김윤수 기자
    입력 2020.08.11 12:00

    이중기 박사팀, 아연 녹슬어 성능 저하되는 문제 해결
    "리튬이온 수준 용량·웨어러블 기기 위한 섬유 형태 구현"

    유연한 섬유 형태로 구현한 아연이온 배터리. 웨어러블 기기용 배터리로 활용될 수 있다./KIST 제공
    국내 연구진이 폭발 위험이 있는 상용 리튬이온 배터리의 단점을 보완한 아연이온 배터리를 개발했다.

    이중기 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 박사는 폭발이나 화재의 위험이 없는 아연금속전극 2차전지(아연이온 배터리)를 개발했다고 11일 밝혔다.

    리튬이온 배터리는 가볍고 무게당 용량(에너지밀도)이 비교적 높지만 폭발 위험이 있다. 리튬이 주변 물질과 화학반응을 잘 하기 때문이다. 특히 신체와 접촉 시에도 폭발 위험이 있어 웨어러블 기기용 배터리로는 한계가 있는 상황이다. 리튬을 아연으로 대체한 아연이온 배터리가 대안으로 주목받아 왔지만 구현 가능한 용량이 낮아 개발에 한계가 있었다.

    한 가지 이유는 아연이 잘 녹슬기 때문이다. 배터리 작동을 위해 두 전극이 전자를 주고받으면 전극 소재로 사용되는 아연금속이 녹슬어 성능이 떨어지게 된다. 연구팀은 아연 전극의 표면만 녹슬게 한 후 녹슨 아연이 내부를 보호해주는 보호막 역할을 하도록 했다.

    아연이온 배터리(빨간선)과 리튬이온 배터리(파란선)의 에너지밀도 비교. 서로 비슷한 수준이다./KIST 제공
    이 박사는 "이렇게 만든 배터리는 상용 리튬이온 배터리와 비슷한 수준의 에너지밀도를 보였다"고 설명했다. 2분간 급속하게 충·방전시키는 가혹 조건을 1000회 반복하는 내구성 실험에서도 처음의 성능을 유지했다.

    연구팀은 아연이온 배터리가 유연하다는 점을 활용해 유연한 섬유 형태의 웨어러블 배터리도 만드는 데 성공했다. 과거 충전이 불가능한 1차전지 형태로는 웨어러블 배터리를 구현한 바 있지만, 충전식의 2차전지 형태는 처음 만든 것이다. 배터리 소재를 직물처럼 짤 수 있어 옷이나 가방 형태의 웨어러블 전자기기에 활용될 것으로 기대된다.

    이 박사는 "기술이전을 통해 상용화를 추진할 것"이라며 "공정이 간단해 제조공정 등에서도 상용화를 위한 경쟁력을 확보할 수 있을 것"이라고 말했다.

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