한국생산기술연구원과 한양대 공동 연구팀은 아연공기전지의 성능을 높일 전해질 제조 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

아연공기전지는 값싼 아연 음극과 물 기반 전해질, 가벼운 산소를 양극으로 사용해 발화 위험이 없고 에너지 밀도가 높아 리튬이온전지를 대체할 이차전지로 주목받고 있다. 다만 열린 전극 구조의 특성상 물이 쉽게 증발해 성능이 급속히 감소한다는 한계가 있다.

연구원은 아연공기전지의 겔 전해질 내부에 고분자 나노섬유를 도입, 낮은 수명 문제를 해결했다.

아연공기전지는 전해액과 분리막을 대체하기 위해 반고체형 겔 전해질을 사용하는데, 장시간 구동을 위해서는 겔 전해질 내부에 수분을 오랫동안 유지하는 것이 관건이다. 기존 수분 유지를 위해 사용되는 친수성 고분자 '폴리비닐 알코올'(PVA)은 물 흡수율이 낮고 수분이 금세 빠져나가는 문제가 있다.

연구팀은 겔 전해질 내부에 자체 중량의 수백 배에 달하는 물을 흡수할 수 있는 고흡수성 수지 '폴리아크릴산'(PAA) 기반의 나노섬유를 도입, 친수성 작용기의 밀도를 높이는 데 성공했다. 시뮬레이션을 통해 나노섬유를 따라 빠르게 수분이 모여드는 현상을 확인했으며, 나노섬유가 물에 녹지 않고 구조를 안정적으로 유지한다는 사실을 확인했다.

고흡수성 나노섬유를 도입한 복합 겔 전해질을 아연공기전지에 적용한 결과 순수 겔 전해질에 비해 3배가량 향상된 출력 밀도와 60시간 이상의 긴 충·방전 수명을 나타냈다.

윤기로 생기원 박사는 "아연공기전지 상용화에 필수적인 겔 전해질 성능 향상 기술을 제시한 연구 결과"라며 "안정적인 겔 전해질과 유연소자 개발을 통해 웨어러블 아연공기전지 상용화를 추진할 계획"이라고 말했다.