영하 40도에도 안 어는 아연전지…"전기차 성능 저하 막을 것"

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(왼쪽부터) 이상영 연세대 교수, 곽상규 고려대 교수, 김홍이 연세대 박사(제1저자), 이경민 고려대 박사(제1저자). 연세대 제공.

연세대·고려대 공동 연구

영하 40°C의 극저온에서도 안정적으로 작동하는 아연전지가 개발됐다. 겨울철 성능이 저하되는 전기차 문제를 해결할 것으로 기대된다.

연세대는 이상영 화공생명공학과 교수 연구팀이 곽상규 고려대 교수팀과 함께 안전하고 저렴하며 극저온 환경에서 안정적으로 작동하는 새로운 아연전지를 개발했다고 13일 밝혔다.

에너지 수요 증가와 기후변화 대응을 목적으로 안전하고 저렴한 차세대 이차전지 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 시장을 주도하는 리튬이온전지는 수급 불안정, 높은 제조 비용, 폭발 및 화재 등의 문제가 있다.

리튬이온전지 대안으로 주목받고 있는 아연전지는 저렴하며 폭발위험이 없는 물을 전해질로 사용해 안전성과 경제성이 우수하다. 문제는 아연전지에 사용되는 물 기반 전해질은 물의 어는점 이하 환경에서 얼어 전지 성능이 급격히 저하된다는 점이다.

연구팀은 ‘양쪽성 이온 기반 전해질’을 개발해 물 기반 전해질의 동결 문제를 해결했다. 양쪽성 이온은 한 분자 내에서 전기적으로 양성과 음성을 동시에 갖는 분자를 의미한다. 연구팀은 양쪽성 이온의 특성을 활용해 전해질 내 분자 간 상호작용을 제어해 저온 환경에서 우수한 성능을 발휘하는 전해질을 구현했다.

연구팀이 개발한 신규 전해질은 어느 점을 영하 95°C까지 낮춰 영하 40°C의 환경에서 기존 리튬이온전지와 유사한 에너지밀도를 유지하고 10배 이상 높은 출력밀도를 달성했다. 겨울처럼 저온 환경에서 급격히 성능이 떨어지는 전기차의 고질적인 배터리 문제를 해결할 것으로 기대된다.

이 교수는 “이번 연구는 물 기반 전해질의 고질적인 저온 성능 문제를 해결함으로써 극저온 환경에서 기존 리튬이온전지 성능을 넘어설 수 있는 기술을 제시했다”며 “특히 최근 전기차 시장 확대를 가로막는 큰 기술적 장애물 중의 하나인 저온에서의 성능을 해결하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘에너지 & 환경 과학’에 7일 게재됐다.

https://n.news.naver.com/mnews/article/584/0000025937