국내 연구진, 획기적인 금속공기전지 개발
국내 연구진, 획기적인 금속공기전지 개발
  • 김수지
  • 승인 2014.02.24 14:04
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세계 최고의 에너지 밀도의 전지 시스템

[한국뉴스투데이 김수지 기자] 국내 연구진이 폭발위험성이 없고, 세계 최고 수준 에너지 밀도를 가지며, 제작단가를 리튬전지의 1/10 수준으로 낮출 수 있는 획기적인 금속공기전지 개발에 성공했다.

개발된 아연공기전지는 고에너지 밀도의 특성을 살려 무인정찰기, 초소형 무인항공기, 개별병사의 운용전원 등 장시간 사용이 요구되는 다양한 무기체계에 적용이 가능할 것으로 예상된다. 또 폭발이나 화재의 위험이 없어 병사의 군복에 부착이 가능한 ‘입을 수 있는 전지’로 적용 가능하며, 안전과 사용시간이 중요한 민수 응용분야에도 적용할 수 있다.전기자동차에 장착할 경우, 주행거리 2배 확장 효과와 더불어 독립발전 전원으로 사용이 가능하다. 아울러 고출력 전원장치와의 하이브리드화를 통해 고출력을 요하는 체계의 운영시간 증대와 소형화를 기대할 수 있다.

한국전기연구원 전지연구센터 엄승욱 박사팀은 kg당 최대 395Wh로 세계 최고 수준 에너지 밀도를 갖는 아연금속공기전지를 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다.

아연공기전지는 차세대 전지인 금속공기전지의 일종으로 기존 전지보다 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다.

장시간 전력이 필요한 미래 병사용 전원체계, 무인항공기 등의 군수분야 및 민수분야에서 사용하기 위해서는 기존의 전지에 비해 에너지 밀도가 우수하고, 안전성이 우수한 전지의 개발이 필수적이다. 이에 따라 KERI 엄승욱 박사팀은 방위사업청·국방과학연구소의 “2010 핵심기술과제(2010년 6월-2013년 12월)”을 통해 현대로템(주), ㈜미트 등과 함께 관련 연구를 진행해 왔다.

그 결과, 이스라엘, 중국 등에서 개발된 기존 금속공기전지(에너지 밀도 220~280Wh/kg 수준)에 비해서는 40% 이상, 리튬이온전지(최대 200Wh/kg 수준)의 경우 거의 2배에 달하는, 세계 최고의 에너지 밀도의 전지 시스템을 개발하는데 성공했다.

연구팀은 우선, 코발트(Co) 나노분말 촉매를 사용하여 산소가 환원할 때의 저항을 최소화한 양극을 국산화 개발하고, 화학적 부식을 억제하여 80%의 연료이용률을 달성한 금속음극 재료를 개발했다. 이어 산화된 연료를 재생할 수 있는 장치개발 및 기술을 확보하고, 국방과학연구소(ADD)와의 모델링 및 시뮬레이션 공동연구를 통해 고에너지밀도 아연금속공기전지를 개발하는데 성공했다.

이번 성과는 폭발 위험성이 없으면서도, 납축전지의 5배, 리튬전지의 2배 에너지를 저장할 수 있는 고용량 전지시스템 개발함으로써 공기와 아연금속만을 재료로 사용하는 친환경 전지시스템 시대를 개척했다는데 그 의미가 있다. 또한 풍부한 금속자원 중 하나인 아연을 이용함으로서 전지 제작단가를 리튬전지의 1/10 수준으로 낮출 수 있다는 장점도 있다.

연구팀은 향후 군용무기체계(병사체계, 무인체계) 적용을 위한 발전 연구 및 민수용 전원 응용과 관련한 후속 연구를 계속해 나갈 계획이다.

한편, 일본 야노경제연구소는 금속공기전지의 세계 시장 규모를 2012년 270억엔(약 3500억원)에서 오는 2025년 410억엔(약 5375억원)에 달할 것으로 전망했다.

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김수지 news@koreanewstoday.co.kr

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