화학공학과 구민수 교수.(사진=동아대 제공)

동아대학교는 화학공학과 구민수 교수 연구팀이 ‘수계 아연이온 전지(Zn-ion battery)’의 수명을 기존 대비 10배 이상 연장할 수 있는 고성능 아연 음극 보호 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

구민수 교수팀이 황치현 한국전자기술연구원 박사, 박호석 성균관대 교수 연구팀과 함께 수행한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 세계적 학술지 ‘Small Methods(IF: 9.1, 상위 14.7%)’에 온라인 게재됐다.

아연이온 전지는 풍부한 자원과 높은 안전성으로 차세대 에너지저장장치로 주목받고 있지만, 아연 금속 음극이 전해질과 직접 접촉할 때 발생하는 ‘덴드라이트(dendrite) 성장’과 ‘부반응(수소 발생, 부식)’으로 인해 수명이 급격히 짧아지는 한계가 있었다.

연구팀은 ‘Layer-by-Layer(LbL)’라는 다층박막 코팅 기술을 활용, 양전하의 이온성 고분자와 음전하의 전도성 고분자를 교차적으로 적층한 혼합 이온·전자 전도성 인공계면층을 개발했다.

이 층은 아연 이온(Zn²⁺) 흐름을 균일하게 조절하고, 전자 전도성을 유지해 전기장을 균일하게 분포시키며, 물과 황산염 이온의 침투를 차단해 부식과 부반응을 억제하는 세 가지 핵심 기능을 동시에 수행한다.

그 결과, 코팅된 아연 전극은 대칭전지 시험에서 1800시간(75일) 이상 안정적으로 작동했으며, 고용량 MnO₂ 양극과 조합한 전지에서도 350회 이상 용량의 86%를 유지했다. 이는 동일 조건에서의 무코팅 전극 대비 4~10배 이상 긴 수명이다.

구민수 교수는 “이번에 개발한 혼합 이온·전자 전도성 기반 다층박막 기술은 기존 단일 소재 코팅법의 한계를 극복한 두 가지 소재 각각의 장점을 극대화시킬 수 있는 기술이다”라며 “대면적 전극에도 적용가능해 차세대 수계 전해질 기반 에너지저장장치 상용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원(KETEP)과 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)의 지원으로 수행됐다.