아연-이산화망간의 효율 및 수명연장 비밀을 밝히다.

러시아 우크라이나 사태로 인해 전통적인 천연자원에 무기화 위험성을 직시하고 있는 상황입니다. 따라서 유럽과 미국을 포함한 여러 나라는 어느때보다 더 신재생에너지의 상용화를 위해 더욱 매진하고 있는 상황인데요. 신재생에너지에 발전과 더불어 필요한 것이 바로 에너지저장장치(ESS)입니다.

ESS 용으로 리튬이온전지를 많이 사용하고 있지만 잘 알려졌다시피 화재의 위험성 역시 높아 언제든 화재의 위험성에 노출되어 있는 상태입니다. 따라서 대안으로 제시되고 있는 것이 바로 바나듐 레독스 전지나 공기-철 전지 그리고 아연-이산화망간 전지 등과 같은 안정성이 확보되어 있는 케미스트리 입니다.

수계 아연-이산화망간 전지는 물 기반에 전해액을 사용하기 때문에 안정하고 경제성이 높은 배터리입니다. 그러나 기존 리튬이온전지 보다 복잡한 반응들로 구성된 아연-이산화망간 전지의 충.방전 구동은 이산화 항간에서 망간 이온(Mn2+)의 용출과 이로부터 기인한 중간 생성물의 부산물인 절연체(ZHS:Zn4SO4(OH)6.xH2O)의 축적을 유발하게 되는데 이 부산물은 낮은 효율과 용량 저하의 주원인으로 작용해 왔습니다.

그런데 대구 경북 과학 기술원의 연구팀들이이 문제에 대한 해결책을 발견했습니다. 연구진은 수계 아연-이산화망간 전지의 양극과 분리막 사이에 기공성 탄소지지체를 삽입하고 테스트를 한 결과 충전용량이 g 당 278mAh가 나와 탄소지지체를 사용하지 않은 전지에 비해 용량이 15% 향상됨을 확인했습니다. 또한 전지의 충.방전 사이클이 약 108번을 사용하면 성능이 떨어졌지만 3000번 넘게 충.방전 사이클을 가동해도 용량을 85.6% 나 유지할 수 있었습니다. 연구진은 나노탄소소재의 단순한 산 처리와 얇은 지지층의 설계만으로 확연한 개선이 가능했다고 밝혔습니다.

부품개선을 통한 성능 향상을 이끌어내어 경제적이고 효과적인 아연-이산화망간 전지의 수명 안전성을 확보할 수 있어서 차세대 저장용 배터리로서 리튬 이온 전지를 대체할 것으로 기대를 모으고 있습니다.