염소가 도핑된 폴리프로필렌 분리막을 사용하였을 때 염소 이온의 빠른 이동 특성을 나타내는 이미지. 사진=고려대학교
고려대학교는 KU-KIST융합대학원 윤영수 교수팀이 알루미늄 이차전지 고성능 전극 및 박막 분리막 설계 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
알루미늄 이차전지는 풍부한 매장량과 높은 용량으로 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 그러나 구동 과정에서 전극 합선으로 셀이 고장 나는 문제가 발생해 두꺼운 분리막을 사용해야 하는 한계가 있었다.
연구팀은 실험을 통해 알루미늄이 증착되는 과정에서 염소 이온이 원활하지 않을 경우, 반응 생성물이 전극 주변에 축적된다는 점을 확인했다. 즉, 알루미늄이 수직 방향으로 성장하며 분리막을 훼손하고 전지 내부 합선을 유발하는 것이다.
이에 연구팀은 ‘3차원 나노구조 탄소 전극(3D-GCE)’ 구조와 ‘염소 도핑 폴리프로필렌 분리막(Cl-PP)’을 적용한 통합 설계를 제시했다. 이를 통해 기존보다 10배 이상 얇은 분리막으로도 약 8.2mAh/cm⁻² 면적 용량과 500회 이상의 안정적인 수명을 확보했다.
연구팀은 “향후 고에너지 밀도와 안전성을 갖춘 차세대 알루미늄 이차전지의 상용화를 앞당길 기술적 기반이 될 것”이라고 말했다.
<문화경제 한시영 기자>
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