금속-공기전지 성능을 높일 수 있는 복합촉매가 개발됐다.
UNIST(총장 정무영)는 김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀이 금속-공기전지 성능을 높일 수 있는 새로운 '금속-유기물 복합촉매'를 개발했다고 29일 밝혔다.
김 교수팀은 서로 다른 특성을 가진 코발트와 철을 안정적으로 묶어 성능 향상 시너지를 거뒀고, 이 현상의 원리를 분석해 다양한 분야로 활용할 수 있는 가능성도 제시했다.
'금속-공기전지'는 전기차 전지를 대체할 차세대 유망 전지다. 이론적으로 에너지 밀도가 휘발유와 유사해 고용량을 구현할 수 있다. 하지만 상용화를 위해서는 안정성과 효율성을 동시에 만족해야 한다.
금속-공기전지는 금속으로 만든 '연료극'과 산소를 활용하는 '공기극'으로 구성된다. 전기를 사용하는 방전 시에 금속에서 산화한 전자가 공기극으로 이동해 전기를 일으키고, 반대로 충전 시에는 공기극에서 금속으로 전자가 이동해 전기를 저장한다.
금속-공기전지 상용화를 위해서는 충·방전 시에 공기극에서 반응이 원활하게 일어나도록 돕는 촉매가 필요하다. 기존 백금이나 산화이리듐 등 귀금속 계열 촉매는 성능은 뛰어나지만 가격이 비싸고 내구성이 낮았다.
김 교수팀은 먼저 귀금속 촉매를 대체하기 위해 '코발트 산화물'과 '철을 포함한 2차원 유기고분자'에 코발트 산화물 금속을 더하는 방법으로 가격은 낮고 내구성과 충·방전 효과는 높은 촉매소재를 만들었다. 이어 수열합성법으로 유기고분자 그물망 위에 코발트 산화물을 올린 형태의 금속-유기물 복합촉매를 개발했다.
이 복합촉매는 질소 원소와 코발트 산화물 사이에 결합이 견고해 촉매 안정성이 높다. 산소환원반응과 산소발생반응 양쪽 모두 높은 효율을 나타냈다.
김건태 교수는 “금속-공기전지 공기극 소재에 값싼 재료로 만든 고효율 촉매를 적용하면 상용화는 한층 빨라질 것”이라며 “차세대 공기극 신소재 개발과 안정성 문제를 동시에 해결할 단서도 확보했다”고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
