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차세대 배터리 성능 높이는 복합촉매 개발…UNIST, 금속공기전지 상용화 앞당겨

2019-05-30박응서 기자

새롭게 개발한 복합촉매 투과전자현미경 이미지. 사진제공 UNIST

고용량 배터리를 구현을 앞당길 수 있는 차세대 전기차 배터리 기술이 개발됐다.

UNIST가 에너지와 화학공학부 김건태 교수팀이 금속-공기전지 성능을 높이는 새로운 복합촉매(NP Co₃O₄/Fe@C₂N)를 개발했다고 29일 밝혔다. 서로 다른 특성을 가진  코발트와 철을 안정적으로 묶어서 시너지 효과를 얻었는데, 현상 원리까지 분석해 앞으로 다양한 분야로 활용할 가능성도 제시했다.

금속공기전지는 에너지 밀도가 높아 고용량 배터리를 구현할 수 있어 차세대 전기차 배터리 후보로 꼽힌다. 이를 상용화까지 가져가려면 안정성과 효율성을 동시에 만족시켜야 한다. 연구팀이 개발한 새 복합촉매는 이 두 조건을 충족한다.

금속공기전지는 금속으로 만들어진 연료극과 산소를 활용하는 공기극으로 이뤄진다. 전기를 사용할 때는 금속에서 산화된 전자가 공기극으로 이동하며 전기를 발생시키고, 충전할 때는 공기극에서 금속으로 전자를 이동시키며 전기를 저장한다. 이때 반응이 잘 일어나도록 돕는 촉매로 백금(Pt)이나 산화이리듐(IrO₂) 같은 귀금속 촉매를 사용한다. 그런데 가격이 비싸고 내구성이 낮아 한계가 있다.

 

코발트 산화물과 유기고분자 복합촉매 제작 과정. 사진제공 UNIST

김건태 교수팀은 귀금속 촉매 대신 코발트 산화물(Co₃O₄)과 철을 포함한 2차원 유기고분자(Fe@C₂N)로 복합촉매를 만들었다. Fe@C₂N 촉매는 백종범 UNIST 교수팀이 개발한 것으로 방전 반응에서 뛰어난 효율을 보인다. 반면 충전 반응에서는 효율이 낮았는데, 여기에 코발트 산화물 금속을 더해 충·방전에서 모두 뛰어난 효율을 보이게 만들었다.

김건태 교수는 “금속공기전지에 값싼 고효율 촉매를 쓰면 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것”이라며 “차세대 공기극 신소재 개발과 안정성 문제를 동시에 해결할 단서도 제공했다”고 연구 의의를 밝혔다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr