KAIST, 고용량 수계 배터리 신기술 개발…‘방해꾼’ 양성자 에너지 전환

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = KAIST 화학과 박선아 교수 연구팀은 수계 아연이온전지의 핵심인 전극 소재에 양성자와 아연 이온이 차례로 저장되도록 제어하는 신기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 이 기술은 기존에 배터리 성능 저해 요인으로 여겨진 양성자 반응을 오히려 에너지 저장에 활용해 고용량과 빠른 충·방전을 동시에 가능케 한다.

연구진은 2차원 전도성 금속-유기 구조체(MOF)를 활용해 아연 이온과 양성자를 차례로 저장하는 전극 소재를 제작했다. 전극 내부 아민 작용기를 이용해 아연 이온이 먼저 저장되고 이후 양성자가 추가 저장되도록 설계했으며, 이로써 두 이온의 반응이 서로 방해하지 않도록 조율했다.

실험 결과, 개발 소재는 0.5 A g⁻¹ 조건에서 368.7 mAh g⁻¹의 높은 저장 용량을 기록했고, 16배 빠른 충·방전 시에도 초기 용량의 46.9%를 유지했다. 500회 이상 반복 충·방전 후에도 안정적인 성능을 나타냈다.

이 연구는 양성자와 아연 이온의 저장 순서 제어로 다공성 전극 소재의 한계를 극복하고, 안전하면서도 경제적인 차세대 대규모 에너지저장장치(ESS)용 물 기반 배터리 개발에 새로운 방향을 제시한다.

POSTECH 박근찬 석박통합과정생 및 이규원 석사과정생(졸업)이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야 국제 학술지인 Chem 7월 7일 자에 게재됐다.

박선아 교수는 “양성자를 에너지 저장에 적극 활용하는 이번 연구 원리를 다양한 전극 소재에 적용해 더 빠른 에너지 저장이 가능한 배터리 개발에 기여하겠다”고 말했다.

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