연구성과

친환경소재/화공 조창신 교수팀, 피부에 바르지 마세요, 배터리에 양보하세요

2023-11-08 311

[조창신 교수팀, 화장품 원료인 바이오 고분자로 배터리 전극 보호막 개발]

양배추 등 식물에서 얻은 균에 탄수화물을 주입한 잔탄검(xanthan gum)은 화장품의 좋은 성분들이 피부에 오래 남아있도록 보호막 역할을 한다. 그런데 최근 이 물질로 피부가 아닌 배터리 전극의 보호막을 만든 흥미로운 연구가 나와 눈길을 모으고 있다.

친환경소재대학원 · 화학공학과 조창신 교수, 박사과정 장주영 씨 연구팀은 고분자를 혼합해 배터리 전극의 내구성을 높여줄 보호막을 개발했다. 이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)’에 게재됐다.

태양광 등 재생 에너지를 이용한 전력 생산은 매우 불규칙하다. 그래서 전력을 저장한 후 필요할 때 사용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)이 재생 에너지를 위한 핵심기술로 주목받고 있다. 보통 ESS의 배터리로 리튬(Li) 이온 배터리를 많이 사용하는데, 가격이 높고 리튬이 고갈될 우려가 있어 이를 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

리튬을 대체할 후보 물질 중 하나는 바로 지구상에 풍부한 아연(Zn)이다. 아연 이온 배터리는 많은 양의 전력을 저장할 수 있고, 리튬 이온 배터리에 비해 화재의 위험으로부터도 안전하다. 그러나 ESS 배터리 전극에 아연을 균일하게 증착시키는 공정이 까다롭고, 충 · 방전이 반복되는 경우 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 형성되며 전지의 내구성을 떨어뜨린다는 문제가 있었다.

연구팀은 이번 연구를 통해 바이오 고분자인 잔탄검과 이온전도성 고분자로 전극의 보호막을 제작했다. 두 고분자의 상호작용으로 전극 표면에는 매끄러운 막이 형성되었고, 물리적 충격과 화학적 오염으로부터 전극을 보호했다. 또, 이 막은 산소 작용기가 풍부해 아연의 균일한 핵 형성을 도와 전극 표면에 아연이 잘 증착되도록 했다. 그 결과, 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 형성되는 비율이 급격하게 줄었으며, 200일 동안 충 · 방전을 반복한 후에도 높은 안정성을 보였다.


조창신 교수는 “이번 연구가 친환경 에너지 생산을 위한 ESS 기술 상용화에 큰 도움이 되면 좋겠다”는 말을 전했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단과 한국에너지기술평가원의 지원으로 수행됐다.