[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 동국대는 에너지신소재공학과 안건형 교수의 공동연구팀이 수계 아연 이차전지의 산업화를 위한 혁신적인 금속 집전체 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이번 공동연구팀은 안 교수와 동국대 이재연 박사과정생, 허희연 경상국립대 에너지시스템공학과 석사과정생과 광주과학기술원 중앙기기연구소 조용륜 박사로 구성됐다.

수계 아연 이차전지는 물을 용매로 하고 수계 전해질을 사용하기 때문에 생산 단가가 낮고, 화재 위험이 없다. 그러나 이차전지에 주로 사용되는 그라파이트 집전체는 기계적 강도가 낮아 얇고 넓은 집전체를 활용해 연속 제조하는 롤투롤(roll-to-roll) 공정에는 적합하지 않다.

새롭게 주목받는 스테인리스강 등의 금속 등의 금속 집전체는 표면 산화층으로 인한 전기전도도 저하와 전극 재료와의 접착성 문제로 전지 성능이 크게 떨어지는 한계가 있다.

이에 안 교수 연구팀은 스테인리스강 집전체에 그래핀을 코팅한 후 400°C에서 열처리해 한계를 극복했다. 연구팀은 "그래핀의 탄소 원자(C)가 산화층의 산소(O)와 반응해 CO와 CO₂ 가스를 형성하면서 산화층이 완전히 제거된 것"이라고 설명했다.

이번에 개발된 그래핀 코팅 스테인리스강 집전체는 그라파이트 집전체 대비 약 3.1배 높은 전기전도도를 나타냈으며, 그래핀의 결정성 역시 크게 향상됐다.

또한 연구팀은 금속 집전체 적용 및 롤투롤 제조공정으로 각형 셀을 직접 제작했으며 1.0C에서 1000사이클 후 74.7%의 에너지 저장 용량 유지율을 달성해 그 실용성을 확인했다. 개발된 금속 집전체는 리드탭 역할을 겸할 수 있고 공정에서도 찢어지는 경우가 감소했다.

안 교수는 "이번 연구는 수계 아연 이차전지 산업화의 걸림돌이었던 집전체 문제를 근본적으로 해결한 것"이라며 "높은 전기전도도와 우수한 기계적 강도를 동시에 구현하고, 대용량 에너지저장시스템 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기술"이라고 설명했다.


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