[요약]
- 포스텍은 잔탄검의 특성을 활용하여 에너지 저장 시스템을 위한 배터리 전극에 보호막을 형성하여 배터리의 내구성을 높이는 연구 수행
- 잔탄검은 식물을 기반으로 얻을 수 있는 혼합물로서 화장품 성분으로 주로 활용
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포스텍은 잔탄검의 특성을 활용하여 배터리 전극에 보호막을 형성함으로써 전극 내구성을 높이고 장기적으로는 에너지 저장 시스템 관련 기술 발전에 기여할 수 있다는 연구 결과를 발표
- 포스텍 연구팀이 화장품의 성분으로 사용되는 ‘잔탄검(xanthan gum)’을 활용하여 배터리 전극의 내구성을 향상시키는 보호막을 개발
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- 잔탄검은 주로 양배추 등 식물로부터 얻은 균에 탄수화물을 주입하고 이를 발효시켜 만든 혼합물로서 화장품을 더욱 끈적하게 만드는 점증제로 사용이 기능
- 이후 화장품을 피부에 발랐을 때는 화장품의 주요 성분이 피부에 오래 머무를 수 있도록 돕는 보호막으로서 역할 수행
- 잔탄검은 주로 양배추 등 식물로부터 얻은 균에 탄수화물을 주입하고 이를 발효시켜 만든 혼합물로서 화장품을 더욱 끈적하게 만드는 점증제로 사용이 기능
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- 포스텍 연구팀은 잔탄검의 보호막 기능을 포착하여 배터리 전극에도 잔탄검의 해당 특성을 적용할 수 있는지 파악하기 위한 연구를 진행
- 포스텍의 이번 연구는 재생에너지의 효용을 높이기 위한 노력의 일환으로 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)에 활용되는 배터리에 관한 연구에 해당
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- 태양광 등 재생에너지는 여러 요인의 영향을 받기 때문에 전력 생산에 있어 불규칙성이 지적되는데, 이에 생산된 전력을 저장하고 필요 시 용이하게 활용할 수 있도록 지원하는 ESS가 재생에너지에 있어 핵심기술로 간주
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- 현재까지는 ESS의 배터리로 리튬이온 배터리가 주로 이용되어 왔으나, 리튬이 가격이 비싸고 고갈 위험성이 있어 상대적으로 매장량이 풍부한 아연이 대체제로서 주목
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- 아연이온 배터리는 리튬이온 배터리 대비 다양한 장점이 있음에도, 해당 물질이 갖는 특성으로 인해 ESS에 활용될 때 일부 문제점이 표출
- 아연이온 배터리는 많은 전력을 저장할 수 있으며 리튬이온 배터리에 비해 화재 위험에 대해서도 높은 안전성을 갖고 있는 것이 장점
- 그러나 해당 배터리가 ESS 배터리에 활용될 때 ▲전극에 균일한 양의 아연을 증착시키는 공정의 어려움 ▲충전 및 방전 반복 시 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 형성되는 문제점 등이 지적되어 왔으며, 이는 전지의 내구성을 떨어뜨리는 주요 요인으로 분석
- 아연이온 배터리는 리튬이온 배터리 대비 다양한 장점이 있음에도, 해당 물질이 갖는 특성으로 인해 ESS에 활용될 때 일부 문제점이 표출
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- 포스텍 연구팀은 아연이온 배터리의 문제점으로 지적되어 오던 한계점을 개선하기 위해 이번 연구에 돌입
- 연구팀은 잔탄검 기반의 보호막을 도입하여 균일한 아연 증착을 유도함으로써 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 형성되는 비율을 낮추는 데에 성공했으며, 충전 및 반복과정에서 제기될 수 있는 배터리 안정성 여부에 대해서도 의미 있는 성과를 거둠
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- 연구팀은 바이오 고분자에 해당하는 잔탄검과 이온전도성 고분자 등을 이용하여 아연 전극 보호막을 제작했으며, 두 종류의 고분자 간 상호작용을 통해 전극 표면에 매끄러운 보호막을 형성
- 해당 보호막은 물리적 충격 및 화학적 오염으로부터 전극을 보호하는 것으로 나타났으며, 특히 산소 작용기가 풍부해 아연의 균일한 핵 형성을 도모함으로써 전극 표면에 아연의 균일한 증착에도 긍정적으로 작용
- 연구팀은 바이오 고분자에 해당하는 잔탄검과 이온전도성 고분자 등을 이용하여 아연 전극 보호막을 제작했으며, 두 종류의 고분자 간 상호작용을 통해 전극 표면에 매끄러운 보호막을 형성
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- 결과적으로 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정 형성 비율이 매우 낮아졌고, 200일 동안 충전 및 방전을 반복한 후에도 높은 안정성을 유지
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- 연구팀은 이번 잔탄검을 활용한 연구 결과가 친환경 에너지 생산과 관련한 ESS 기술 상용화에 크게 기여할 수 있었으면 한다고 기대감을 표명
[시사점]
- 재생에너지 산업은 그 특성상 생산된 에너지를 저장할 수 있는 기술 발전이 동반되어야 발전할 수 있는데, 이와 관련해 에너지 저장 시스템을 비롯하여 재생에너지의 효용을 높일 수 있는 관련 연구가 학계 및 산업계 등에서 지속 수행되고 있는 중
- 포스텍 연구팀의 이번 연구 성과는 각계의 에너지 저장 시스템 기술과 관련한 연구를 더욱 가속화시킬 것으로 보이며, 이는 단기적으로 재생에너지 효용성 극대화, 장기적으로 기후변화 대응 및 에너지전환에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대
[출처]
- 동아사이언스, 화장품 성분 ‘잔탄검’ 배터리 보호 효과 확인, 2023.11.7.
- POSTECH, 친환경소재/화공 조창신 교수팀, 피부에 바르지 마세요, 배터리에 양보하세요, 2023.11.8.
