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아연-공기 이차전지에 대한 최근의 기술동향

전문가 제언: ○ 전기자동차의 실용화가 눈앞에 다가왔으나 아직 이차전지의 성능을 개선해야 할 부분이 많다. 전지를 연구하는 세계 각국의 과학자들은 이차전지의 성능을 향상시키기 위한 노력을 아끼지 않고 있다. 즉 1회 충전으로 500㎞ 정도를 주행할 수 있는 배터리를 기대하고 있으나 아직 150㎞ 정도에 불과하다. 이 목적을 달성하기 위하여 리튬-황전지, 금속-공기전지, 다가 양이온전지 등이 개발되고 있다. 본고에서 소개된 아연-공기전지는 금속-공기전지의 일종이다.

○ 아연-공기전지(Zinc？air battery)는 현재 새로 개발되고 있는 이차전지 중에서 전기자동차용으로 실용화 가능성이 가장 높다. 아연-공기전지는 리튬이온전지보다 폭발 위험성이 적으면서 에너지 밀도는 훨씬 높다. 그래서 미국에서는 이미 20여 년 전부터 군사용으로 개발하여 일렉트로 퓨얼셀사가 독점적으로 공급하고 있다. 그러나 다른 금속-공기전지와 마찬가지로 금속산화물을 사용하여 만든 부극에 수지상 결정(dendrite)이 생긴다. 전지의 효율을 개선하기 위해서는 수지상 결정석출 현상을 제거해야 한다.

○ 이 문제를 해결하는 방안으로 본고에서와 같이 전극을 폴리머로 코팅하거나 전해질을 다양한 물질로 구성된 복합제 폴리머를 이용한다. 또 정극재료로 공기를 사용하지만 공기 중의 탄산가스나 수분 등의 이물질을 제거해야 한다. 따라서 이물질을 제거해야 하는 번거로움이 뒤따른다. 한편 금속-공기 전지에 백금 촉매제를 사용해야 하므로 원자재 가격 또는 수급문제가 뒤따른다. 이 문제도 해결되어야 할 과제이다.

○ 우리나라는 세계 수준의 이차전지 강국이다. 특히 휴대폰용 리튬이온 이차전지의 생산량은 세계 1위에 있다. 따라서 정부, 학계, 연구소, 산업계 모두 노력을 아끼지 않고 있다. 최근에는 울산과학기술대학교에서 아연공기전지에 사용되는 기존의 백금 촉매보다 촉매활성도와 내구성이 우수하면서도 고온의 열처리과정을 거지지 않고도 상온에서 대량 합성이 가능한 저가의 유기물 기반 탄소나노튜브 촉매를 개발했다고 발표한 바 있다.

저자: Kohei Miyazaki
자료유형: 니즈학술정보