최근 저탄소·친환경을 중시하는 글로벌 추세에 발맞춰 이차전지 시장규모가 급증하고 있다. 현재 리튬이온 이차전지가 많이 사용되고 있으나 낮은 에너지밀도, 높은 가격, 발화 위험성 등의 단점이 존재해 이를 극복하기 위한 차세대 이차전지 개발이 지속적으로 진행되고 있다.

리튬이온 이차전지의 대안 중 하나로 각광받는 아연공기전지는 리튬이온전지 대비 높은 에너지밀도와 가격 경쟁력, 안정성 등의 장점을 가지지만 수명이 짧고, 충·방전 효율의 낮다는 문제점이 제기돼 왔다.

이런 가운데 최근 한양대 재료화학공학과 이정호, 화학분자공학과 이상욱 교수 공동연구팀이 에너지밀도와 충·방전 효율을 개선한 460~523 Wh/Kg급의 아연공기전지를 1Ampere-hour의 파우치셀 규모로 제작했다.

공동연구팀이 개발한 전고체 아연공기전지는 전기차에 탑재될 경우 15분 완충으로 최대 1500km 주행이 가능하며, 100만 마일 내구성을 가져 추후 자율주행택시(Robo-taxi)에도 적용 가능할 것으로 평가 받는다.

공동연구팀이 개발한 전지는 전고체전지 특유의 장점인 ‘Bipolar Stacking’ 기술을 활용, 리튬이온전지 대비 최대 3배 많은 에너지밀도(~1800 Wh/l)를 가졌다.

충·방전 특성도 기존 리튬전지대비 크게 개선돼 25 mA/cm2의 고전류밀도로 20% 방전깊이에서 6000 사이클을 기록했고, 70%의 높은 방전깊이에서도 1100 사이클의 안정성을 보였다.

또 유연성이 높아 6000회 이상의 180도 폴딩 실험 후에도 전지 열화현상 없이 정상 작동되고 -20~80 ℃의 넓은 온도 범위에서 작동함에 따라 웨어러블 디바이스에도 활용 가능할 것으로 평가받는다.

이번 연구(논문명: Ampere-hour-scale zinc-air pouch cells)는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐으며, 에너지분야 세계 최고학술지 「네이쳐에너지 (Nature energy)」 4월 12일자 온라인판에 게재됐다. 해당 내용은 또 다른 저명학술지인 Science에서 5월호 특집 뉴스로도 보도됐다.

한편 이정호 교수팀은 관련된 연구성과와 특허를 바탕으로 10Ah급 대면적 고밀도 아연공기전지 파우치셀 기술 개발과 상용화를 위한 노력을 하고 있으며 “2021 실험실 특화형 창업선도대학” 사업에 참여해 창업을 준비하고 있다.