전북대 이중희 교수팀, 최고 효율 '아연-공기전지' 개발…학계 주목

우수한 충·방전 내구성과 가격도 저렴…실용화 되면 혁신적 발전 기대

전북대 이중희 교수 연궅팀이 차세대 고효율 ‘아연-공기전지’ 개발에 성공했다./뉴스1

(전주=뉴스1) 임충식 기자 = 전북대 연구팀에 의해 개발된 고효율 ‘아연-공기전지’가 학계의 큰 주목을 받고 있다.

전북대는 이중희 교수팀(나노융합공학과)이 세계 최고 효율을 지닌 ‘아연-공기전지’ 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

아연-공기전지는 리튬이온전지에 비해 높은 에너지 밀도와 저렴한 제작 비용, 뛰어난 화재 안전성 덕분에 큰 관심을 받고 있다. 하지만 상용화를 위해 해결해야 할 큰 과제가 있다. 바로 음극에서 발생하는 느린 산소환원반응(ORR)과 산소발생반응(OER) 속도가 문제다. 이는 아연-공기전지의 수명을 단축시키는 주원인이다.

이 같은 느린 반응 속도를 높이기 위해 현재 백금이나 산화루테늄 같은 고가의 귀금속을 촉매로 사용하고 있지만, 높은 소재 단가와 자원 고갈 문제로 인해 대체 촉매 소재 개발이 절실한 상황이다.

이에 전북대 연구팀은 이 같은 단점을 보완할 수 있는 '아연-공기전지' 개발에 나섰다. 연구팀에는 이중희 교수와 김남훈 교수, 트란듀이탄 교수, 남성웅 석사과정 학생이 참여했으며, 연구는 남성웅 석사과정생이 주도했다.

전북대 연구팀에 의해 개발된 아연-공기전지의 우수한 전기화학적 성능과 우수한 내구성 결과표.(전북대 제공)/뉴스1

연구팀은 부분적으로 박리시킨 금속붕화물 엠벤을 제작, 이 위에 철 프탈로시아닌 분자를 균일하게 고정화해 효율적인 공기 음극 전극을 구현했다.

3단계 공정을 통해 제작한 이 전극은 독특한 전자 상태를 형성해 산소반응 속도와 산소환원반응 속도가 동시에 향상된다 것이 특징이다.

실제 연구팀이 개발한 아연-공기전지는 168 mW/cm²의 높은 피크 전력밀도를 나타내며, 고농도 전해질 상에서도 800시간 이상의 우수한 충·방전 내구성을 지닌 것으로 확인됐다.

이번 연구결과가 높은 에너지 밀도와 우수한 안정성뿐만 아니라 짧은 충전시간과 제작비용 감소라는 어려운 난제들을 동시에 충족시킬 수 있는 만큼, 학계는 물론이고 아연-공기전지 산업계에서도 큰 주목을 받고 있다.

이중희 교수는 “이번 연구로 개발된 고성능 아연-공기전지 음극소재는 기존 상업용 소재보다 제작비용이 약 60배 저렴해 공기-아연전지의 실용화에 크게 기여할 것”이라며, 학계와 산업계의 협력을 통해 조기 상용화를 목표로 하겠다고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 에너지 소재분야의 세계적 최우수 학술지인 에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)에 개재됐다.

94chung@news1.kr