간격재, 이동 공간 마련해 고속충전 가능
충전 중 '남색', 방전 시 '투명색'...빛 차단 에너지 저장 기술 활용
(서울=내외방송) 색의 변화를 통해 충전과 방전 여부를 한눈에 알아볼 수 있는 똑똑한 아연 이온 전지가 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 "김일두 신소재공학과 교수 연구팀과 윤태광 명지대 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 충전과 방전 과정을 시각화하는 '스마트 전기변색-아연 이온 전지'를 개발했다"고 21일 밝혔다.
연구팀은 전자와 이온의 이동 효율을 높여주는 '파이 결합(축 대칭 모양으로 공유결합) 간격재(거리를 확보하기 위해 사용하는 부품)'가 내장된 전기변색 고분자(분자량이 매우 큰 분자) 양극재(리튬 이온 배터리의 용량과 평균 전압을 결정)를 고안했다.
새로 개발된 이온전지는 장시간 공기 노출과 기계적 변형에도 전기변색 성능과 우수한 전기화학 특성을 유지할 수 있다.
파이 결합을 하게 되면 구조 내 전자 이동 속도를 향상시켜 이온 이동 속도가 매우 빨라지고, 이온 흡착효율도 극대화 돼 에너지 저장 용량 또한 높아진다.
간격재가 이동 공간을 마련해 속도를 높이고, 고속충전도 가능해진다.
기존 아연 이온 전지보다 저장용량이 40% 이상 확대되고, 충전 중일 때는 남색, 방전되면 투명색으로 30% 빠르게 변하는 것이 확인됐다.
이 원리를 스마트 윈도우에 적용하면 낮에 태양에너지를 흡수할 때에는 짙은 색을 띠어 자외선과 태양빛을 차단하는 미래형 에너지 저장 기술로 사용할 수 있다.
김 교수는 "에너지 저장 역할만을 수행하는 기존 전지의 개념을 넘어서 스마트 전지와 웨어러블 기술의 혁신을 가속화하는 '미래형 에너지 저장 시스템'으로 활용될 것을 기대한다"고 말했다.
이지영 노스웨스턴 대학교 박사 후 연구원과 김한슬 충북대 신소재공학과 교수가 공동 제1저자로 참여한 이 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 최근 인사이드 표지 논문으로 게재됐다(논문명: A π-Bridge Spacer Embedded Electron Donor-Acceptor Polymer for Flexible Electrochromic Zn-Ion Batteries).
