[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 고안전성·저비용으로 주목받는 차세대 이차전지인 수계배터리의 원천기술인 기능성 전해질 첨가제를 개발했다.
수계 배터리는 물 기반(수용액)의 전해질을 사용해 폭발 위험성이 낮은 차세대 이차전지다.
11일 한국연구재단에 따르면 성균관대학교 박호석·조새벽 교수 연구팀은 입체이성질체 전해질 첨가제를 설계하고 이를 이용한 고용량·장수명 수계배터리용 기능성 전해질 개발에 성공했다.
연구팀은 입체이성질체의 특성을 이용해 전해액 첨가제 기술을 개발 수계배터리 아연 음극의 증착 가역성과 수명을 높였다.
유기산의 일종인 '부텐디산'의 입체이성질체인 '푸마르산'과 '말레산'의 서로 다른 전자 분포와 공간 배열을 이용해 개발한 다기능성 첨가제는 전해액의 용매화 구조와 계면 특성을 동시에 제어해 99.9% 이상 충전용량 대비 방전용량의 비율(쿨롱효율)과 6000시간 이상 장수명을 달성했다.
이와 함께 펨토초 레이저 분광학 등을 이용한 고도분석으로 이성질체에 따른 전해액의 용매화 구조와 탈용매화 과정에서의 동역학도 규명했다.
푸마르산은 계면에서 아연 이온을 전달할 수 있는 채널을 형성해 아연 증착 가역성을 향상시켰다.
아연을 증착한 구리 집전체와 배터리 완전 셀(full cell)을 제작한 실험에서 현재 최고 수준인 100 mAh/g의 고용량과 1000회 이상의 장수명을 달성했다.
또 구리 집전체만을 이용한 무음극 기술도 구현해 무음극 완전 셀에서도 270회 수명 안정성을 기록했다.
박호석 교수는 “이번에 개발한 전해질 첨가제 기술은 다양한 배터리 분야에 적용 가능하고, 기존 공정 인프라와도 호환 가능한 경제적·효율적 접근법으로 의미가 크다”며 “앞으로 리튬인산철 배터리와 소듐이온배터리 수준으로 수계배터리의 에너지밀도를 높일 수 있는 고전압·고용량 양극 후막 기술과 맞춤형 전해질 기술에 대한 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.
