포스텍 연구진이 아연이온 배터리의 내구성과 효율을 향상시키는 잔탄검 기반 배터리 전극 보호필름을 개발했다. 이 혁신은 지속 가능한 녹색 에너지 솔루션을 향한 중요한 단계를 의미하며 에너지 저장 기술의 주요 과제를 해결합니다.
양배추 등의 식물에서 추출한 물질인 잔탄검은 탄수화물 함량이 높은 것으로 알려져 있으며, 피부에 효능을 유지하기 위한 천연 장벽으로 화장품에 자주 사용됩니다. 혁신적인 개발을 통해 잔탄검은 이제 피부가 아닌 배터리 전극을 보호하는 데 사용됩니다.
포항공과대학교 화학공학과 조창신 교수와 화학공학과 박사과정 장주영 학생이 고분자를 혼합해 보호필름을 만들었다. 국제학술지 '에너지저장재료(Energy Storage Materials)'에 연구 결과가 게재됐다.
태양광 등 신재생에너지원은 본질적으로 간헐적인 특성으로 인해 에너지저장장치(ESS)의 중요성이 꾸준히 높아지고 있다. ESS 기술은 필요할 때 전기를 포착해 효율적으로 사용하는 기술로, 재생에너지 활용의 핵심 요소입니다. 리튬 이온(Li-ion) 배터리는 역사적으로 ESS 애플리케이션에 사용되어 왔지만, 높은 비용과 리튬 고갈에 대한 우려로 인해 대체 솔루션에 대한 지속적인 연구가 촉발되었습니다.
아연(Zn)은 지구상에 풍부한 원소이자 리튬을 대체할 유망한 원소입니다. 아연이온 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 많은 양의 에너지를 저장할 수 있고 화재 위험 측면에서 더 안전합니다. 그러나 ESS 배터리의 전극에 아연을 안정적으로 증착하는 것은 어려운 작업이며 반복적인 충전 및 방전 주기로 인해 아연 표면에 수지상 돌기가 형성되어 배터리 수명이 단축되는 경우가 많습니다.
이번 연구에서 연구팀은 생체고분자 잔탄검과 이온 전도성 고분자를 결합해 배터리 전극용 보호막을 만들었다. 이 두 폴리머의 상호 작용은 전극 표면에 매끄러운 보호층을 형성하여 물리적 충격과 화학적 오염을 효과적으로 방지합니다.
또한, 이 보호막에는 산소 작용기가 풍부하여 아연의 균일한 핵 생성을 촉진하는 데 중요한 역할을 하여 전극 표면에 아연을 효과적으로 증착시키는 역할을 합니다. 따라서 아연 표면의 수지상 결정 형성이 현저히 줄어들고, 200일 동안의 충방전을 반복한 후에도 보호막은 여전히 상당한 안정성을 나타냅니다.
조창신 교수는 “이번 연구가 지속가능한 녹색에너지 생산을 촉진하는 ESS 기술에 기여할 수 있기를 바란다”고 말했다.
컴파일된 소스: ScitechDaily