울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이동욱 교수 연구팀이 홍합의 수중 접착력을 모방한 해수전지용 결착제(바인더) 물질을 개발, 전지 전극 성능을 개선했다고 13일 밝혔다.
연구팀에 따르면 해수전지의 양극은 탄소 섬유가 엮인 집전체(전기를 모으는 역할)와 섬유 표면의 촉매(전기가 모이고 나가는 화학 반응을 촉진) 입자로 이뤄져 있는데, 결착제는 촉매와 집전체를 접착시켜 고정하는 물질이다.
촉매와 집전체가 제대로 붙어 있지 않으면 과전압이 높아지고, 탄소 부식이 쉽게 일어나 전지 성능을 떨어뜨린다. 특히 일반적으로 연료전지에 사용되는 결착제인 이소불화비닐의 경우 유기 용매에서와는 달리 물속에서 접착력이 크게 떨어지는 문제가 있었다.
연구팀은 이러한 한계점을 보완하고자 홍합의 접착 단백질 성분을 모방해 우수한 수중 접착성을 지닌 새로운 결착제를 합성했다. 개발한 결착제를 쓴 해수전지는 기존에 사용하던 결착제를 썼을 때보다 과전압이 최대 60% 이상 줄었고, 전극 성능(충·방전 과전압 차이)이 4배 정도 향상됐다.
전자현미경 관찰 결과 집전체의 부식도 크게 개선됐다. 또 결착제 내부에서는 촉매 입자가 검출됐는데, 이는 결착제가 집전체 부식 보호뿐만 아니라 촉매 탈착을 막는 효과까지 있음을 보여 준다고 연구팀은 설명했다.
이번 연구의 공동 제1저자인 최지은 연구원은 개발한 결착제에 대해 “강력한 수중 접착력뿐만 아니라 탄소 부식, 촉매 탈착 방지 특성을 갖췄다”며 “해수전지뿐만 아니라 다양한 수계 금속 공기 배터리의 상용화를 앞당기는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 에너지·재료 분야 국제학술지 '재료화학 저널 A'에 앞표지로 선정돼 7일 자로 출판됐다. 연구는 한국수력원자력과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
