액체금속 스킨 기반 고성능 수계 아연 전지 전극 개발
ACS Energy Lett. 9, 2816-2825 (2024)
연세대학교 화학생명공학과 이상영 교수 연구팀은 아연 음극의 표면 개질을 통해 수계 아연전지의 고질적인 한계를 극복하고 고성능을 구현하는 데 성공했다.
수계 아연전지는 높은 안전성과 저렴한 비용, 그리고 고에너지 밀도 잠재력을 갖춰 차세대 에너지 저장 장치로 각광받고 있다. 그러나 아연 음극 표면에서 발생하는 덴드라이트(Dendrite) 성장, 부식, 수소 발생 반응(HER) 등의 심각한 계면 부반응으로 인해 수명이 단축되고 효율이 저하되는 등 상용화에 큰 어려움이 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘액체금속(EGaIn) 스킨’을 입힌 아연 분말 전극이라는 독창적인 솔루션을 제시했다. 특히 ‘모세관 현탁(Capillary Suspension)’ 기술을 활용하여 아연 입자 표면에 나노미터 두께의 액체금속 보호층을 균일하게 형성함으로써, 장시간 동안 전기화학적 반응이 안정적으로 유지되도록 유도했다.
개발된 전극은 기존 아연 음극 대비 월등히 긴 수명과 고전류 충·방전 시의 안정성, 그리고 높은 효율을 입증했다. 이번 연구는 아연 음극의 계면 불안정성을 획기적으로 개선함으로써, 실용적인 수계 아연전지 구현을 앞당길 중요한 기술적 진전을 이뤄낸 것으로 평가받는다.
논문: “Liquid Metal-Skinned Zn Powder Anodes Enabled by Capillary Suspension”, ACS Energy Letters, 9, 6, 2816–2825 (2024)
DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01009
