'아연공기전지' 상용화 가능해지나..인하대 연구팀, 전극촉매 개발

인하대 백성현 교수 연구팀
차세대 전지 아연공기전지
상용화 당길 전극촉매 개발
가격경쟁력·안정성 향상 등 장점
"에너지변환·저장장치 적용 가능"

백성현 인하대 화학·화학공학융합학과 교수 연구팀. [인하대 제공]

[헤럴드경제=김희량 기자] 인하대는 백성현 화학·화학공학융합학과 교수 연구팀이 차세대 전지로 평가받는 ‘아연공기전지’의 상용화를 앞당길 수 있는 전극촉매를 개발했다고 28일 밝혔다.

대기 중 산소와 아연의 화학반응으로 전기를 생산하는 아연공기전지는 향후 리튬이온배터리를 대체할 차세대 전지로 알려져 있다. 이론상 높은 용량, 에너지 밀도, 안정성, 친환경성, 가격경쟁성이라는 장점을 갖고 있다. 급증하는 에너지 수요를 충족시킬 대체 전지로서의 특성을 갖춘 셈이다.

하지만 아연공기전지는 공기극에서 일어나는 산소환원과 발생반응의 느린 촉매반응으로 성능이 저하되는 단점이 있다. 현재 사용되는 촉매가 대부분 귀금속 물질이기 때문에 가격이 비싸다는 점도 있다. 비귀금속 기반의 촉매를 개발하는 것이 아연공기전지의 상용화를 위해서 풀어야 할 과제였다.

백 교수 연구팀은 새로운 전극촉매를 개발함으로써 이 숙제를 풀었다. 철·코발트 합금과 질소가 도핑된 탄소를 기반으로 하는 촉매에 구조결함이 유도된 케첸블랙 지지체를 도입했다. 이 방법으로 촉매반응 시간을 줄이고 안정성을 높이는 식의 합성에 성공했다. 새 전극촉매는 셀의 성능을 극대화해 충방전 등에서 전기화학적 성분을 향상시킨다. 소재가 귀금속에 비해 저렴하기 때문에 가격 경쟁력도 확보했다.

아연공기전지 전극촉매 관련 그래픽. [인하대 제공]

해당 연구 내용을 담은 두 논문은 각각 관련 분야 국제 저명 학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이런먼탈’과 ‘케미컬 엔지니어링 저널’ 최신호에 게재됐다. 해당 논문에는 인하대 화학·화학공학융합학과의 김규태·고요한 석사과정생과 민경석 석박사통합과정생이 공동 1저자로 참여했다.

백 교수는 “간단한 구조결함 유도와 탄화과정을 통해 향후 아연공기전지의 상용화에 지대한 영향을 미칠 전기화학촉매 개발에 성공했다”며 “이번 연구에서 선보인 구조결함 유도기법은 수전해, 연료전지 등 다양한 에너지 변환·저장장치에 적용이 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국산업기술진흥원의 산업혁신 인재성장 지원사업과 한국기초과학지원연구원의기초과학 연구역량 강화사업의 지원으로 진행됐다.

hope@heraldcorp.com