[베리타스알파=김하연 기자] UNIST는 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀, 조재필 교수팀이 새로운 형태의 금속-공기전지용 공기극 촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.
금속-공기전지는 금속으로 이뤄진 ‘연료극’과 촉매가 들어 있는 ‘공기극’으로 구성된다. 공기극에서 받아들인 산소를 연료극에 있는 금속과 반응시키면서 전기를 발생시키는 일종의 연료전지다. 이 반응을 거꾸로 일으키면 충전도 가능하다. 산화된 금속에서 산소를 분리하면 배터리로도 활용 가능한 것이다. 구조가 간단하고, 소재가 저렴하며, 전기용량도 커서 ‘고용량 배터리’로서 주목받고 있다.
그동안 금속-공기전지의 공기극에는 백금이나 산화이리듐 같은 귀금속 촉매가 사용됐다. 이들은 공기극에 필요한 화학반응에서 우수한 성능을 보이지만 비싸고 희소하며 내구성이 약해 상용화가 어려웠다.
김건태 교수팀은 전기 전도도가 높고 촉매 활성이 좋은 ‘양이온 정렬형 더블 페로브스카이트’을 이용해 새로운 촉매를 개발했다. 페로브스카이트 물질을 나노섬유 형태로 만든 이 촉매는 기존 귀금속 촉매만큼의 성능을 보이면서도 저렴하고 전기화학적 안정성도 뛰어나다. 리튬-공기전지를 비롯한 금속-공기전지의 상용화에 기여할 전망이다.
이번 연구에 제1저자로 참여한 권오훈 UNIST 석‧박통합과정 연구원은 “다공성 구조의 페로브스카이트 나노섬유는 균일한 구멍을 가지므로 표면적이 높다”며 “이 덕분에 공기극에서 산소가 전자를 얻는 산소환원반응이나 전자를 내놓는 산소발생반응 모두를 향상시켰다”고 설명했다.
김건태 교수는 “이 물질의 높은 전기화학적 촉매 성능은 금속-공기전지의 상용화에 큰 역할을 할 것으로 판단된다”며 “그동안 금속-공기전지 산업계에서 문제점으로 지적된 안정성을 확보할 단서도 제공했다”고 말했다.
연구결과는 재료과학 분야에서 최고 권위를 자랑하는 ACS Nano 10월 20일자 온라인 속보로 게재됐다. 연구 지원은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업을 통해 이뤄졌다.
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