2025년 07월 13일(일) 14:01

왼쪽부터 박찬진 교수(교신저자), 무하마드 아슈라프 박사과정(제1저자), 자비드 아시프 박사과정, 김정민 석사과정. 전남대 제공

전남대학교 박찬진 교수 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 칼륨이온전지(KIB)의 수명과 안정성을 크게 높일 수 있는 핵심 소재 기술을 개발했다.

전남대는 13일 공과대학 신소재공학부 박찬진 교수팀이 망간계 양극 소재에 아연 도핑과 표면 코팅을 결합한 ‘이중 안정화’ 기술을 통해 칼륨이온전지의 성능을 향상시켰다고 밝혔다.

칼륨이온전지는 자원이 풍부하고 원가가 저렴해 리튬이온전지의 대안으로 주목받고 있으며, 에너지저장장치(ESS) 및 대형 전력망 활용에 적합한 기술로 평가받고 있다.

박 교수팀은 층상 산화물 K0.45MnO2에 아연(Zn)을 도핑해 격자 안정성을 높이고, 표면에는 칼륨탄탈산염(KTaO3) 나노코팅을 적용해 계면 반응을 억제하는 방식으로 소재 성능을 개선했다. 이를 통해 격자 붕괴, 전해질 부반응, 수명 저하 등 기존 소재의 단점을 동시에 해결했다.

개발된 양극 소재(KTO/KMZO-1)는 200회 충·방전 후에도 초기 용량의 80%를 유지해 기존 대비 약 1.7배 향상된 수명을 보였으며, 하드카본 음극과의 완전지 실험에서도 높은 에너지 밀도와 출력 특성을 입증했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Energy Storage Materials(IF=20.4)에 6월 온라인 게재됐으며, 박찬진 교수가 교신저자로 참여했다. 논문 제목은 Structurally stable P3-type K0.₄?MnO₂ cathode with a KTaO₃ protective layer for high-performance potassium-ion batteries다.

박 교수는 “칼륨이온전지는 리튬보다 저렴하고 자원이 풍부한 만큼 대규모 저장시스템의 유력한 대안”이라며 “이번 기술이 상용화에 실질적인 기여를 할 것”이라고 밝혔다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)과 국가과학기술연구회(NST)의 지원으로 수행됐다.