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UNIST, 전기차에 이용되는 금속-공기전지의 고효율 촉매 개발
박준성 청소년 기자  |  kisado0818@naver.com
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승인 2020.02.11  12:46:23
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UNIST는 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀이 차세대 전기차 배터리 후보인 금속-공기전지의 성능을 높일 수 있는 촉매를 개발했다고 10일 밝혔다. 성아림 연구원(왼쪽)과 김건태 교수(오른쪽)

‘금속-공기전지(Metal-Air Battery, MAB)'는 가벼우면서 에너지 용량도 크며 소재 또한 저렴하기까지 해 전기차용으로 주목받는 배터리다. 공기 중 산소를 이용해 충ㆍ방전하는 방식의 이차전지인데 울산과학기술원(UNIST) 김건태 교수 연구팀이 이 배터리의 성능을 높여줄 새로운 ’복합촉매‘를 개발했다.

복합촉매는 금속-공기전지에서 공기를 받아들이는 양극에 적용해 충전 및 방전 성능을 모두 높이는 역할을 한다. 페로브스카이트 촉매 위에 금속촉매를 원자 두께로 아주 얇게 씌운 형태로 두 촉매 사이에 자연스럽게 형성된 경계면이 촉매의 성능과 안정성을 향상시킨다.

금속-공기전지는 음극의 금속과 양극에서 받아들이는 산소가 전자를 주고받는 산화-환원반응을 하며 충ㆍ방전한다. 양극 물질로 기체를 이용하므로 가볍고 전기 저장용량도 크기 때문에 차세대 전기차 배터리로 사용될 것으로 기대된다. 전체 성능은 양극의 산화-환원반응 정도가 결정하므로 이 반응을 활성화시킬 촉매가 필요하다.

기존에 사용하던 촉매인 백금은 귀금속이라 비싸고 안정성도 낮았다. 그 대안으로 성능이 뛰어나고 가격도 저렴한 페로브스카이트 촉매가 제시됐지만, 충ㆍ방전 중 하나만 활성화하는 문제가 발생했다.

연구진은 이 문제를 충ㆍ방전 반응에서 각각 뛰어난 성능을 보여주는 두 종류의 촉매를 결합한 복합촉매로 해결했다. 충전에 유리한 코발트 산화물을 방전에 유리한 망간 기반 페로브스카이트 촉매 위에 아주 얇게 증착해 하나로 만든 것이다. 실험 결과, 증착 과정을 20번 정도 반복해 진행했을 때 두 촉매의 시너지 효과가 최적이 됐다.

김건태 교수는 “값싸고 효율 높은 촉매를 금속-공기전지의 공기극에 적용하면 상용화가 한층 빨라질 것”이라며, “이번 연구는 페로브스카이트 산화물에 원자층 증착을 접목해 차세대 공기극 소재 개발에 새로운 방법을 제시했다”고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구는 펜실베이니아대의 레이몬드 코테(Raymond J. Gorte) 교수, 존 보 (John M. Vohs) 교수, UNIST 연구지원본부 정후영 교수도 함께 참여했으며, 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 나노에너지(Nano Energy)에 2월 3일자로 온라인 공개됐다.

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