GIST-동국대, 아연 이온 배터리 '게임 체인저' 기술 개발…그래핀 코팅으로 수명·내구성 '쑥'

"리튬을 넘어설 차세대 전지 원천기술"…국제학술지 성과 게재

광주과학기술원(GIST)과 동국대학교 공동 연구팀이 아연이온 배터리의 고질적 약점을 해결할 원천기술을 개발해 주목받고 있다.

조용륜 GIST 중앙기기연구소 박사와 안건형 동국대 교수 연구팀은 최근 그래핀을 코팅한 스테인리스강 포일을 전류집전체로 활용해 아연이온 배터리의 수명과 내구성을 획기적으로 끌어올리는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

이번 연구는 에너지기술평가원·한국연구재단·산업기술기획평가원 등의 지원을 받아 수행됐으며, 국제학술지 <어드밴스드 에너지 머티리얼즈>에 게재됐다.

▲조용륜 GIST 박사가 투과전자현미경(TEM)을 이용해 실험하고 있다ⓒGIST

이번 기술의 핵심은 '롤투롤' 방식으로 금속 포일에 얇고 균일하게 그래핀을 코팅하는 단순하고 경제적인 공정에 있다. 이 공정을 통해 제작된 전류집전체는 높은 전기 전도성과 구조 안정성을 갖추며, 반복충·방전 상황에서도 내구성을 유지했다.. 이때 '집전체'란 머리카락보다 얇은 약 10마이크로미터(μm) 두께의 막을 뜻한다.

그래핀의 정밀한 구조 분석에는 투과전자현미경(TEM)을 활용했다.

실제 실험 결과 1500회 충·방전 이후에도 초기 용량의 88.7%를 유지하며 상용 리튬이온 배터리에 필적하는 수명을 입증했다.

연구진은 "기존 리튬이온 배터리는 비용과 안전성, 원재료 수급 문제 등 여러 한계를 갖고 있었지만, 아연 기반 배터리는 가격이 저렴하고 폭발 위험이 낮으며 재료 수급도 안정적"이라며 "이번 기술은 ESS(에너지저장장치), 전기차, 오프그리드 시스템 등 다양한 분야에 적용 가능한 친환경 대안이 될 것"이라고 말했다.