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[IT뉴스]급속 충·방전에도 오래가는 수계 아연 전지

온카뱅크관리자

2026-06-04 11:37:33

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> ETRI·성균관대 
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 <img alt="ETRI와 성균관대 공동연구팀이 수계 아연이온전지를 장기 충방전할 때 발생하는 문제를 완화할 새로운 구조를 설계했다. ETRI 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113317095yiiv.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="X7R0L0B3nw" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113317095yiiv.jpg" width="658">
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 ETRI와 성균관대 공동연구팀이 수계 아연이온전지를 장기 충방전할 때 발생하는 문제를 완화할 새로운 구조를 설계했다. ETRI 제공.
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 국내 연구팀이 급속 충·방전 시에도 성능 저하 없는 수계(水系) 아연이온전지를 구현할 기술을 개발했다. 양극과 음극의 핵심 구조를 각각 개선해 출력과 안정성을 동시에 높인 기술로 차세대 이차전지 개발에 활용될 것으로 기대된다.
 한국전자통신연구원(ETRI)은 ETRI·성균관대 공동 연구팀이 수계 아연이온전지 양·음극에서 발생하는 성능 저하 현상을 완화하는 소재·구조를 개발했다고 4일 밝혔다. 연구결과 중 양극 소재 연구는 국제학술지 '에너지 스토리지 머티리얼스'에 지난해 10월 게재됐으며 음극 소재 연구는 국제학술지 '나노-마이크로 레터스'에 지난달 온라인 게재됐다.
 수계 아연이온전지는 물 기반 전해질을 사용해 리튬이온전지보다 화재 위험이 낮고 가격이 저렴하지만 급속 충·방전을 반복하면 양극의 출력이 저하되고 전극 손상이 발생한다. 음극에서는 아연이 뾰족한 나뭇가지 모양 결정인 '덴드라이트'를 형성해 전지 수명이 짧아진다.
 연구팀은 우선 양극 성능을 높이기 위해 아연 이온과 칼륨 이온이 함께 반응하는 '이중 이온 삽입 구조'를 도입했다. 기존 아연 이온보다 이동 속도가 빠른 칼륨 이온을 활용해 전극 내부 이온 이동 병목 현상을 줄이고 고속 충·방전 시 출력 저하와 전압 손실을 개선했다.
 양극 소재 골격으로는 철 기반 '폴리아니온' 구조를 적용했다. 폴리아니온은 뼈대를 이루는 결합이 단단한 구조로 반복 충·방전에서도 구조가 안정적으로 유지된다.
 성능 평가 결과 개발한 양극은 실제 고율 충·방전 환경에서도 높은 출력 유지 특성과 장기 안정성을 나타냈다.
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 <img alt="계면에 따른 아연 형성 차이. 새롭게 개발한 나노구조화 계면(아래)에서 아연이 균일하게 자라는 것을 확인할 수 있다. ETRI 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113318388cllt.png" data-org-width="680" dmcf-mid="Un1DUDCEng" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113318388cllt.png" width="658">
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 계면에 따른 아연 형성 차이. 새롭게 개발한 나노구조화 계면(아래)에서 아연이 균일하게 자라는 것을 확인할 수 있다. ETRI 제공.
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 음극에서는 덴드라이트 현상을 줄일 새로운 계면 구조를 설계했다. 금 나노입자와 전도성 탄소 소재를 활용해 아연이 균일하게 성장하도록 유도하는 나노구조를 개발했다. 이 구조는 아연 이온 이동과 금속 이온의 초기 성장 방향을 안정적으로 제어해 덴드라이트 형성을 억제했다.
 새로운 계면을 적용한 음극은 3000시간 이상 장기 충·방전해도 안정적으로 작동했다. 수소 발생과 부산물 형성이 줄었고 최소량의 아연만 사용하는 조건에서도 원활하게 구동했다.
 김종순 성균관대 교수는 "빠른 충·방전 시 성능 저하과 구조 변형은 수계 아연전지의 대표적 난제"라며 "이중이온 삽입 구조를 안정적으로 구현해 속도와 안정성을 동시에 개선할 수 있는 기술을 제시했다"고 말했다.
 신동옥 ETRI 책임연구원은 "나노구조화 계면 설계로 덴드라이트 없는 아연 음극을 개발했다"며 "향후 고에너지밀도와 장수명을 동시에 요구하는 차세대 수계 이차전지 시스템에 효과적으로 적용되길 기대한다"고 밝혔다.  
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1007/s40820-026-02167-y doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104570
 <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2b49571fcda364147143671c83237fe2c064e64ab7f7eadcb1777f482ca82bd8" dmcf-pid="QuvLHLcnRf" dmcf-ptype="figure">
 <img alt="신동옥(왼쪽부터) ETRI 책임연구원, 김동순 성균관대 교수. ETRI 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113319671xfae.png" data-org-width="680" dmcf-mid="unKy8y5Tno" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/dongascience/20260604113319671xfae.png" width="658">
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 신동옥(왼쪽부터) ETRI 책임연구원, 김동순 성균관대 교수. ETRI 제공.
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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