경상국립대학교 융합기술공과대학 에너지공학과 안건형 교수팀(스마트에너지재료연구실 지도교수)은 에너지공학과 4학년 유근 학생이 단독 1저자로 참여한 논문이 화학공학 분야 세계적 학술지 케미컬 엔지니어링 저널에 게재됐다고 24일 밝혔다.

기존 아연-이온 배터리의 양극 후보군으로 많은 에너지를 저장할 수 있는 바나듐 산화물(V2O5)이 제시돼 왔지만, 초기 충전·방전 과정에서 에너지 저장용량이 계속해서 증가하는 과정을 포함해 실질적으로 전자기기에 적용하기에 어려움이 따랐다. 따라서 안정적인 에너지 저장 특성을 보이는 망간 산화물(MnO2)이 양극으로 주로 사용돼 왔지만, 바나듐 산화물의 ~70%밖에 안 되는 에너지 저장 용량을 가지는 것이 단점으로 여겨졌다.

왼쪽부터 경상국립대 유근 학생과 안건형 교수.

연구팀은 바나듐 산화물 양극에서 필수적으로 포함되는 초기 충전·방전 문제를 사전에 전기화학적 방법으로 물을 바나듐 산화물 층간 격자 내에 포함하는 방법으로 해결했다.

이에 따라 배터리 사용 초기부터 안정적인 에너지 저장 성능과 함께, 200회 충전·방전 후 91%의 우수한 용량 유지율을 확보했다. 또한 배터리를 접고, 물에 넣고, 자른 후에도 화재 및 폭발이 일어나지 않고 정상적으로 작동하는 시작품을 성공적으로 제작했다.

이 연구는 경상국립대 에너지공학과와 세계적으로 저명한 영국 옥스퍼드 대학교와의 공동연구로 수행했다. 수행된 연구 결과는 국내 특허 출원 절차가 진행 중이며 전문기술에 대한 지식재산권도 확보할 예정이다.

안건형 교수는 “최근 ‘ESS의 화재·폭발’이라는 문제점을 해결할 수 있는 원천기술을 국내 기술로 개발한 것으로, 폭발·화재의 위험이 없는 안전한 차세대 배터리로서 주목받을 것으로 기대된다”고 말했다.

강진태 기자 kangjt@knnews.co.kr