[디지털투데이 석대건 기자] 광주과학기술원(이하 GIST)은 신소재공학부 유승준 교수 연구팀이 상용성 높은 '무흐름 아연-브롬 전지'를 개발했다고 28일 밝혔다.

아연-브롬 전지는 유기용매를 물로 대체한 수계 전해질 기반의 전지로, 높은 구동 전압과 에너지 밀도가 높다. 

그러나 아연 금속과 수계 전해질 간의 계면 에너지가 불안정해 부산물이 덴드라이트와 물 분해 반응에 따른 부산물이 발생한다. 또 자가 방전이 일어나 효율성이 떨어져 상용화에 어려움이 컸다.

이에 연구팀은 다기능성 브롬 착화제(Bromine complexing agents)를 활용하는 방법을 통해 장점은 살리고 단점은 보완했다. 

다기능성 브롬 착화제는 브롬과 고체 착화물을 형성하면서 교차확산을 억제하고 덴드라이트 형성도 차단할 수 있다. 

그동안 브롬 착화제는 아연 기반의 전해질에서 용해도가 매우 낮다는 문제로 사용이 제한됐다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 아연 이온의 양을 기존보다 3배로 늘리고 수분 함량을 30%로 최적화한 용매 전해질을 개발했다.

이를 통해 고용량(297 mAh/g)으로 10,000 사이클 이상 안정적으로 충방전이 가능한 차세대 아연-브롬 전지를 개발하는 데 성공했다.

해당 전해질은 전지 안정성과 고효율이 높고 비용이 저렴하고 제조가 용이하여 대용량화에 매우 적합하다고 연구팀은 설명했다.

유승준 교수는 “이번 연구에서 개발한 차세대 전해질은 기존 수계 전해질의 장점인 친환경, 저비용, 비발화성을 유지하면서 낮은 효율성, 메탈전극과 물의 부반응 등 단점은 보완했다"며 "향후 다양한 금속 전극 기반 전지에 전해질로 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이어 "간단한 제조공정의 장점을 활용하여 대형화 및 실용화 ESS용 전지 기술 개발에 도움이 될 것"이라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 유승준 GIST 신소재공학부 교수(교신저자)가 주도하고, 임윤지 석사과정생, 이건우 석사과정생이 공동 제1저자로 수행했다. 과학기술정보통신부‧한국연구재단으로부터 개인기초연구 사업 지원을 받았다.