(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 중앙기기연구소 조용륜 박사와 동국대학교 안건형 교수 공동연구팀이 그래핀을 입힌 스테인리스강 포일을 활용해 아연 이온 배터리의 성능과 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 원천 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

아연 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 비용이 낮고 폭발 위험이 적으며, 자원 확보도 쉬워 차세대 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)이나 재생에너지 분야에서 큰 관심을 받고 있다.

하지만 반복적인 충·방전 과정에서 성능이 급격히 저하되고, 수계 전해질로 인한 부식이 발생하기 쉬워 배터리 수명이 짧아지는 단점이 있었다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 전류를 전달하는 얇은 금속판인 전류 집전체 표면에 그래핀을 얇고 균일하게 입히는 기술을 개발해 배터리의 안정성과 수명, 성능을 동시에 크게 개선했다.

특히 '롤투롤(Roll-to-Roll)'방식으로 긴 금속 포일에 그래핀을 연속적으로 코팅한 뒤 400℃에서 열처리하는 단순한 공정만으로도 우수한 전기적 특성과 내구성을 확보했다.

실험 결과, 고에너지 밀도 조건(고용량)에서도 안정적으로 작동했으며, 1,500회 충·방전 이후에도 초기 용량의 약 88.7%를 유지해 우수한 수명 성능을 입증했다.

이는 상용 리튬 이온 배터리에 필적하는 수준으로, 아연 이온 배터리의 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 발판이 될 것으로 기대된다.

조용륜 박사는 "TEM은 단순한 이미지 확보를 넘어, 재료 내부의 원자 배열과 화학적 조성을 동시에 파악할 수 있는 첨단 분석 도구"라며 "그래핀 기반 전극의 구조를 정밀하게 분석함으로써 아연 이온 배터리의 소재 설계와 공정 제어가 더욱 정교해졌다"고 말했다.

GIST 조용륜 박사와 동국대학교 안건형 교수가 교신저자로 참여하고, 경상국립대학교 허희연 학생이 수행한 이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 지난 4월 2일 온라인 게재됐다.

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