과학자들은 배터리 수명을 10배 더 길게 만드는 소금을 발견했습니다.

새로운 연구에 따르면 황산염과 기타 염 이온이 자유수를 감소시켜 수계 배터리의 수명과 성능을 향상시키는 것으로 나타났습니다. 출처: 황혜노

사우디아라비아 킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST)의 과학자들은 수계 충전식 배터리가 지속 가능한 에너지 저장을 위한 안전하고 경제적인 대안이 되지 못하는 중요한 분자적 원인을 밝혀냈습니다. Science Advances 에 게재된 이 연구 결과는 물이 배터리 수명과 성능을 어떻게 저해하는지, 그리고 황산아연과 같은 저렴한 염을 첨가하면 이 문제를 어떻게 완화하고 배터리 수명을 10배 이상 증가시킬 수 있는지를 보여줍니다.

배터리(수성 배터리든 아니든)의 수명을 결정하는 핵심 요소 중 하나는 양극입니다. 양극에서 일어나는 화학 반응은 배터리의 에너지를 생성하고 저장합니다. 그러나 기생 화학 반응은 양극을 손상시켜 배터리 수명을 저하시킵니다.

새로운 연구에서는 자유수가 이러한 기생 반응에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 황산아연이 배터리 내 자유수의 양을 어떻게 줄이는지 보여줍니다.

연구를 이끈 수석 연구원인 KAUST 교수이자 KAUST 재생 에너지 및 저장 기술 우수 센터(CREST) 의장인 후삼 알샤리프는 "이번 연구 결과는 이전에 간과되었던 핵심 매개변수인 배터리 화학에서 물 구조의 중요성을 강조합니다."라고 말했습니다.

자유수는 다른 분자와 강하게 결합되지 않은 물 분자를 말합니다. 이 상태에서는 자유수가 다른 상태보다 더 많은 분자와 결합하게 되어 에너지를 소모하고 양극을 손상시키는 원치 않는 반응을 유발합니다.

황산염은 자유수의 결합을 안정화시키는 것으로 밝혀졌으며, KAUST 팀이 "물 접착제"라고 부르는 역할을 하여 물 분자의 역학을 변화시켜 기생 반응의 수를 줄이는 것으로 나타났습니다.

KAUST 연구진이 수행한 실험 대부분은 황산아연을 사용한 전지에서 이루어졌지만, 초기 조사에서는 황산염이 다른 금속 양극에도 동일한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이는 황산염을 전지 설계에 포함시키는 것이 모든 수용액 전지의 수명을 연장하는 보편적인 솔루션이 될 수 있음을 시사합니다.

"황산염은 저렴하고, 쉽게 구할 수 있으며, 화학적으로 안정적이어서 우리의 솔루션은 과학적으로, 경제적으로 실행 가능합니다."라고 실험 대부분을 수행한 KAUST 연구 과학자인 주윤페이는 말했습니다.

수계 배터리는 대규모 에너지 저장을 위한 지속 가능한 솔루션으로 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있으며, 2030년까지 시장 규모가 100억 달러를 넘어설 것으로 예상됩니다. 전기 자동차에 흔히 사용되는 리튬 배터리와 달리, 수계 배터리는 태양광 발전과 같은 재생 에너지원을 전력망에 통합하는 데 있어 더욱 안전하고 지속 가능한 옵션을 제공합니다.

KAUST 교수인 오마르 모하메드, 오마르 바크르, 시샹 장, 마니 사라티도 이 연구에 기여했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250726234421.htm