유기재료공학과

친수성 폴리이미드 기반 분리막 소재 개발

수계 아연 이온 이차전지 에너지 밀도 향상

공과대학 유기재료공학과 송우진 교수, 한국화학연구원 김윤호 박사 공동 연구팀이 차세대 수계 아연 이온 이차전지의 성능을 향상하기 위해 분리막 소재를 개발했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 International Journal of Energy Research (IF: 4.3)에 5월 2일 게재되었다. 

이번 연구는 황종하 석박통합과정생이 제1저자로 송치경 석박통합과정생과 정주원 석사과정생이 제2저자 그리고 송우진 교수와 김윤호 박사가 교신저자로 참여했다.

최근 열 폭주로 인한 안정성 문제로 대두되는 리튬 이온 이차전지를 대신하여 물 기반 전해질을 사용하는 차세대 수계 아연 이온 이차전지는 주목받는 차세대 이차전지 중 하나이다.

하지만 양극에서의 이온 용해로 인한 구조적 붕괴와 아연이온의 불균일한 증착으로 인해 발생하는 아연 음극의 수지상 형성 문제는 전극 단락을 초래할 수 있다. 따라서 차세대 수계 아연 이온 이차전지는 물 기반 전해질에서의 양극 및 음극의 안정성을 향상하는 것이 핵심이다.

공동 연구팀은 높은 내부 상 에멀젼(HIPE) 및 KOH에서 유래한 고리 절단 반응 기술을 사용하여 친수성 폴리이미드 기반 분리막(HPI)을 구성하여 양극 및 음극 문제를 해결하는 동시에 물리적 및 전기화학적 특성을 개선하였다. 기존 유리섬유(GF) 분리막과 비교하였을 때 전해질에 대한 향상된 젖음성과 높은 이온 전달 특성을 통해 수지상 결정 형성 및 부반응을 억제하여 수명 특성을 극대화하였다.

이번 연구에서 개발된 친수성 폴리이미드 기반 분리막 소재는 표면 개질 및 열처리를 통한 간단한 기술로 비용 효율적이고 환경친화적인 전략을 제시하여 고성능 차세대 이차전지 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

□ 논문 제목: High Wettability and Fast Ion Conduction of Polyimide-Based Separator for High-Rate Capability in Aqueous Zn-Ion Battery

□ DOI : https://doi.org/10.1155/er/3558293