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[IT뉴스]“5천번 충방전에도 성능저하 無” 차세대 ‘수계 아연 배터리’ 나온다

온카뱅크관리자

2026-08-11 09:17:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - GIST-에너지연-이화여대, 아연 전극에 ‘보호층’ 만드는 새 전해질 원리 규명 
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 <img alt="김상륜(왼쪽부터) GIST 화학과 교수, 오희정 석박통합과정생.[GIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/ned/20260811091007762gado.jpg" data-org-width="699" dmcf-mid="FeJrqJiPG7" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/ned/20260811091007762gado.jpg" width="658">
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 김상륜(왼쪽부터) GIST 화학과 교수, 오희정 석박통합과정생.[GIST 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 충전 오래 반복해도 성능이 유지되는 아연 배터리 개발을 위한 새로운 설계 기술 개발을 확보했다.
 광주과학기술원(GIST)은 화학과 김상륜 교수 연구팀이 한국에너지기술연구원, 이화여자대학교 연구팀과 공동으로 착수소화물을 활용해 ‘수계(水系) 아연 금속전지’의 전극 손상을 억제하고 수명을 높일 수 있는 새로운 전해질 설계 원리를 규명했다고 11일 밝혔다.
 이번 연구는 별도의 표면 코팅이나 복잡한 전극 처리 공정없이 전해질 조성 설계만으로 안정한 계면을 형성할 수 있는 가능성을 제시했다.
 최근 대규모 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)의 중요성이 커지면서 안전성과 경제성을 갖춘 ‘수계(水系) 아연 금속전지’가 차세대 이차전지로 주목받고 있다.
 ‘수계 아연 금속전지’는 휘발성과 독성이 있는 유기용매 대신 물을 기반으로 한 전해질을 사용해 안전성을 높였으며, 가격이 저렴하고 저장 용량이 큰 아연을 전극으로 활용한다는 장점이 있다.
 하지만 충·방전을 반복하면 물과 아연이 반응하면서 수소가 발생하고 산화아연(ZnO) 등 부산물이 생성된다. 이와 함께 아연이 전극 표면에 불균일하게 쌓이면서 전극이 점차 손상돼 장기간 안정적으로 사용하는 데 한계가 있었다.
 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 수계 아연 금속전지의 전해질에 착수소화물을 첨가하고, 충·방전 과정에서 아연 금속 표면과 전해질에서 일어나는 변화를 분석했다.
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 <img alt="착수소화물의 구조와 이를 첨가한 전해질.[GIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/ned/20260811091007974nurs.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="3VDYxDwaHu" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/ned/20260811091007974nurs.jpg" width="658">
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 착수소화물의 구조와 이를 첨가한 전해질.[GIST 제공]
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 착수소화물은 물에 녹으면 아연 이온과 착음이온으로 나뉜다. 이 착음이온은 물이나 주변 이온과 약하게 상호작용해 기존 전해질의 구조와 이온전도도, 점도 등 주요 특성을 거의 변화시키지 않았다.
 반면 충·방전이 시작되면 착음이온은 아연 전극 표면에서 반응하며 ‘수소화물 기반 보호층’을 형성했다.
 전해질 자체는 그대로 유지하면서도, 충·방전이 일어나는 아연 표면에만 보호층(계면층)이 형성되는 것이다. 이 보호층은 물과 아연의 직접적인 반응을 줄여 전극 손상을 일으키는 수소 발생 반응과 아연 산화를 억제하고, 아연이 전극 표면에 보다 균일하게 쌓이도록 했다.
 실제 전기화학 실험 결과, 착수소화물을 첨가한 전해질은 수소 발생과 불균일한 아연 성장을 억제했으며, 아연 전극의 안정성을 평가하는 대칭전지 실험에서도 최대 3000시간 동안 안정적으로 작동했다.
 이어 아연-산화바나듐 배터리에서도 5000회 충·방전 후 초기 용량의 96.55%를 유지하고, 99.8%의 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)을 기록했다. 같은 조건의 기존 전해질 전지는 초기 용량의 46.40%만 유지했다.
 김상륜 교수는 “실험실 수준 소형 셀을 넘어 파우치 셀에서도 안정적인 구동 특성을 확인, 향후 대용량 에너지저장장치 등 안전성이 중요한 차세대 에너지 저장 시스템에 활용될 가능성이 높다”고 말했다.
 이번 연구결과는 재료과학 및 화학 분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 7월 26일 게재됐다.
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