출처 : 아시아경제
링크 : https://v.daum.net/v/20260811093130475
요약 : 물 기반 전해질을 사용해 화재 위험이 낮고 가격도 저렴한 ‘수계 아연 금속전지’의 수명을 크게 늘릴 수 있는 기술이 개발됐다. 전해질 첨가제가 아연 전극 표면에 보호막을 형성해 성능 저하의 원인이 되는 수소 발생과 전극 손상을 막는 방식이다. 수계 아연 금속전지는 휘발성과 독성이 있는 유기용매 대신 물을 기반으로 한 전해질을 사용한다. 상대적으로 안전하고 가격이 저렴한 아연을 전극으로 활용할 수 있어 대규모 에너지저장장치(ESS)용 차세대 이차전지 후보로 주목받고 있다. 문제는 충·방전을 반복할수록 물과 아연이 반응해 수소와 산화아연(ZnO) 등 부산물이 발생한다는 점이다. 아연이 전극 표면에 불균일하게 쌓이는 현상도 나타나 장기간 사용할 경우 전극이 손상되고 성능이 떨어진다. 연구팀은 전해질에 착수소화물의 일종인 ‘Zn(B12H12)’를 첨가했다. 이 물질은 물속에서 아연 이온(Zn2+)과 착음이온([B12H12]2-)으로 분리되는데, 전해질의 이온전도도나 점도 등 기존 특성에는 큰 영향을 미치지 않았다. 충·방전이 시작되자 차이가 나타났다. 착음이온이 아연 전극 표면에서 반응하면서 ‘수소화물 기반 계면층(hydride-rich interphase)’을 형성했다. 전해질 전체의 특성을 바꾸는 대신 실제 반응이 일어나는 아연 표면에만 일종의 보호층을 만드는 원리다. 이 보호층은 물과 아연의 직접적인 접촉을 줄여 불필요한 수소 발생과 아연 산화를 억제했다. 아연이 전극 표면에 불균일하게 성장하는 현상도 줄였다. 연구팀은 X선 광전자 분광법(XPS)과 비행시간 이차이온 질량분석법(ToF-SIMS)을 이용해 보호층이 형성되고 100회 충·방전 이후에도 유지되는 것을 확인했다. 성능 실험에서도 효과가 나타났다. 착수소화물을 첨가한 아연 대칭전지는 최대 3000시간 동안 안정적으로 작동했다. 아연-산화바나듐 전지에서는 5000회 충·방전한 뒤에도 초기 용량의 96.55%를 유지했으며 쿨롱 효율은 99.8%를 기록했다. 같은 조건에서 기존 전해질을 사용한 전지는 초기 용량의 46.40%만 유지했다. 쿨롱 효율은 충전 때 저장한 전하량 가운데 방전 때 되돌려받는 비율로, 100%에 가까울수록 충·방전 과정의 손실이 적다는 의미다.
내 생각 : 휴대폰과 같은 전자제품에 사용되면 원래보다 배터리의 수명을 늘릴 수 있을 것 같다.
