[데일리비즈온 김소윤 기자] 폭발 위험이 없는 차세대 아연금속 전극 이차전지가 개발됐다. 신체에도 착용할 수 있을 정도로 안정적이어서 향후 웨어러블 기기로 활용될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이 곳 소속 이중기 박사 연구팀이 원천적으로 폭발이나 화재의 위험이 없는 차세대 아연금속 전극 이차전지를 개발했다고 11일 밝혔다.

최근 리튬이온배터리를 활용한 다양한 기기에서 발생하는 화재 사고로 인해 배터리에 대한 우려가 높아졌다. 화재의 주요 원인은 가연성을 띄는 전해질이다. 아연 이온 이차전지는 물 기반의 전해질을 사용해 폭발위험이 없는 것이다.

이에 리튬이온배터리를 대체할 유력 후보 중 하나지만 기존 아연 이온 이차전지의 핵심 소재인 아연금속 음극은 물 기반 전해질에서 지속적으로 부식되는 문제가 있었다는 설명이다.

또 아연 이온이 금속 표면에 저장될 때, 나뭇가지 형태의 결정(덴드라이트)으로 쌓여 전극 간의 단락을 일으켜 효율이 급격하게 저하된다. 이같은 문제점을 해결하기 위해 아연금속을 복합화하거나 표면코팅, 형상 변형등 다양한 연구가 시도되고 있지만 공정비용과 시간의 소모가 컸다.

◇ 자유롭게 구부릴 수 있고 직물로 제작 가능 

이에 이 박사팀은 금속전극 표면에 전류를 반복적으로 흐르게 했다가 차단하는 싸이클 양극산화공법을 개발해 아연금속의 산화막 표면코팅과 형상을 동시 제어에 성공했다.

연구진은 이 공법을 통해 아연금속 표면에 육각뿔 피라미드가 배열된 형상을 형성시켜 전기화학 반응 중에 덴드라이트의 발생을 원천적으로 억제했다.

개발된 아연금속 이차전지는 구조적, 전기화학적인 안정성으로 인해 상당한 가혹 조건으로 충·방전을 지속해도 1000 사이클 동안 100％에 가깝게 용량을 유지했다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 이같은 안정성을 바탕으로 유연한 섬유 형태로도 아연금속 이차전지를 제조했다. 이 배터리는 자유롭게 구부릴 수 있고 직물로 제작할 수 있다는 점이 특징이다. 이에 옷이나 가방 형태로도 응용할 수 있었다고 연구진은 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 재료과학분야 국제 저널인 ‘Advanced Functional Materials’ 최신 호에 게재됐다.