성균관대 연구진, '폭발 위험 없고 저렴한' 아연 배터리 전극 개발

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 성균관대학교는 화학공학부 엄숭호 교수 연구팀이 버려지는 DNA를 활용해 차세대 '아연 수계 배터리'의 성능과 수명을 대폭 늘리는 친환경 전극 설계 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

전기차 및 전자기기에 주로 쓰이는 리튬 이온 배터리는 성능이 뛰어나지만 화재 위험이 크고 원재료 비용이 비싸다는 단점이 있었다. 이에 대한 대안으로 물을 전해질로 사용하는 '수계 아연 이온 배터리'가 주목받고 있으나, 충방전을 반복하면 전극 구조가 쉽게 무너져 수명이 짧아지는 한계가 있었다.

엄 교수 연구팀은 'DNA'가 가진 정밀한 구조 형성 능력에 주목했다. 자연에서 얻은 바이오매스 유래 DNA를 전극 합성 과정에 도입한 결과, 이온이 빠르게 이동할 수 있는 미세한 구멍(다공성 구조)을 가진 전극이 만들어졌다. 이러한 구조는 배터리 반응 속도를 가속화할 뿐만 아니라 전극 틀을 튼튼하게 잡아주는 역할을 한다.

연구팀이 개발한 DNA 기반 전극은 실험 결과 3만 번에 달하는 충방전 테스트 후에도 초기 용량의 71.35%를 유지하는 내구성을 보였다. 이는 기존 아연 배터리가 1000~6000번 정도의 충방전 이후 성능이 떨어지던 것과 비교하면 수명이 수 배 이상 늘어난 수치다. 또한 배터리 내부의 이온 이동 속도가 빨라져 에너지 효율도 크게 향상했다.

이번 기술은 폭발 위험이 없고 가격이 저렴해 스마트 그리드, 대규모 에너지 저장 장치(ESS) 등 지속 가능한 미래 청정에너지 분야에 널리 활용될 전망이다. 연구팀은 향후 생산 규모를 확대하고 실질적인 배터리 셀 성능을 더 개선해 상용화를 앞당길 계획이다.

엄 교수는 "이번 연구는 DNA가 단순한 생물학적 유전물질을 넘어 차세대 배터리 소재를 만드는 뛰어난 공학 도구가 될 수 있음을 입증한 것"이라며 "버려지는 친환경 소재로 기존 배터리의 기술적 한계를 극복함과 동시에 미래 에너지 저장을 위한 새로운 소재 설계 기준을 제시했다"고 밝혔다.

한편 엄 교수와 안자나 박사과정생, 사만다 연구원이 함께 수행한 이번 연구는 나노 및 재료과학 분야의 국제 학술지 '스몰(Small)'에 지난달 24일 온라인 게재됐다.


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