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이 연구에는 성균관대학교 이주원 교수, 홍익대학교 박상연 교수 연구팀이 공동으로 참여했다.
5일 순천향대에 따르면 연구팀은 커켄달 효과(Kirkendall effect)를 활용해 내부가 빈 중공(Hollow) 구조의 이종금속 니켈-망간 헥사시아노페레이트(H-NiMnHCF) 양극 소재를 제작했다.
이를 통해 아연이온의 느린 이동 속도와 반복 충·방전 과정에서 발생하는 전극 구조 변형 문제를 효과적으로 개선했다.
개발된 소재는 니켈 도입으로 망간계 전극의 Jahn-Teller 왜곡을 억제해 구조 안정성을 높였으며, 중공 구조를 통해 전극과 전해질의 접촉 면적을 확대해 이온 이동을 촉진했다.
성능 평가 결과, 500 밀리암페어그램 역수의 고전류 조건에서도 1000회 충·방전 후 약 90%의 용량 유지율을 기록하며 우수한 장기 안정성을 확인했다.
또한 연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 니켈 도입이 전자 구조를 안정화하는 원리를 규명했으며, 젤 전해질 기반 파우치셀 실험에서도 굽힘과 절단, 관통 환경에서 안정적으로 작동하는 것을 확인해 실제 응용 가능성을 입증했다.
이영우 교수는 "이번 연구는 중공 구조 설계와 이종금속 조성 제어를 결합해 수계 아연이온전지의 구조 안정성과 이온 수송 문제를 동시에 해결한 성과"라며 "고안전성·장수명 차세대 에너지저장장치 개발을 위한 새로운 설계 전략이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 Carbon Energy(IF 24.2)에 'Kirkendall-Effect-Mediated Hollow Bimetallic Hexacyanoferrates for Aqueous Zn-Ion Batteries: Suppressing Jahn-Teller Distortions and Enhancing Ion Transport and Cyclability'라는 제목으로 게재됐으며, 한국연구재단 기초연구실사업과 중견후속연구사업, 핵심연구지원센터조성사업의 지원을 받아 수행됐다.
