유승호 교수,피부 보습제 판테놀로 친환경 수계 아연 전지 성능·수명 높였다
△ (왼쪽부터) 고려대 화공생명공학과 유승호 교수(교신저자), 서울대 화학생물공학부 성영은 교수(교신저자), 고려대 화공생명공학과 이영훈 박사후연구원(제1저자)
고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀이 서울대학교 성영은 교수 연구팀과 공동으로 피부 보습제 성분인 판테놀(프로비타민 B5)을 전해질에 적용해 장수명·친환경 수계 아연 전지를 구현했다.
△ 판테놀(프로비타민 B5) 분자 구조와 프로비타민 B5-아연 이온 복합체를 나타낸 모식도
본 연구 성과는 분야 국제 학술지 ‘Energy & Environmental Science(IF=30.8)’ 온라인에 10월 9일 게재됐다.*논문명: Geometry-independent uniform zinc deposition in sustainable aqueous zinc-ion batteries*DOI: 10.1039/d5ee05097a
수계 아연 전지는 물 기반 전해질을 사용해 안전하고 친환경적인 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 그러나 실제 구동 과정에서는 아연 음극 부식과 덴드라이트로 인해 전지 수명이 짧아지고 충·방전 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 이를 개선하기 위한 다양한 첨가제 연구가 진행됐지만, 대부분 독성이 있거나 환경 부담이 커 수계 전지의 친환경성을 해쳤다.*덴드라이트: 충·방전 과정에서 아연이 고르지 않게 쌓이며 나뭇가지 모양으로 뻗어나가는 결정
연구팀은 문제 해결을 위해 피부 보습제 성분으로 알려진 친환경 물질 판테놀을 전해질에 적용했다. 판테놀은 아연 이온의 이동을 조절해 부식과 수소 발생을 억제하고, 균일한 아연 증착을 유도해 덴드라이트 성장을 막는다. 또한 아연 이온과 결합해 형성된 복합체가 전지 반응을 안정시켜, 충·방전 과정에서도 일정한 성능을 유지하도록 돕는다.
실험 결과, 판테놀 기반 전해질은 아연 표면에 균일하고 안정적인 보호막을 형성하며 전지의 수명과 안정성을 높였다. 아울러, 판테놀 덕분에 아연이 얇고 고르게 증착되어, 전기도금 음극 제조 공정에도 활용될 수 있음을 입증했다.
유승호 고려대 교수는 “수계 아연 전지의 상용화를 위해서는 친환경성과 성능을 모두 만족시키는 전해질 개발이 핵심”이라며 “이번 연구는 인체에 무해한 물질로 아연 전지의 수명과 안정성을 동시에 향상시켜, 차세대 친환경 전지 기술의 기반을 마련했다”라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 원천기술국제협력개발사업(이차전지 국제공동연구) 및 개인기초연구 지원을 받아 수행됐다.
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