[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 저렴한 소재와 간단한 구조에다 고용량의 에너지를 담을 수 있는 ‘금속-공기전지’의 효율을 높일 기술이 개발됐다. 두 가지 촉매를 함께 써서 성능을 높이는 새로운 아이디어다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀은 같은 학부 소속 이준희 교수와의 공동연구를 통해 금속-공기전지(Metal-Air Battery)의 성능을 높일 새로운 ‘복합촉매(SSC-HG)’를 개발했다고 2일 밝혔다.

연구진은 서로 다른 두 촉매를 함께 쓰면서 시너지(Synergy) 효과를 얻었는데, 이 현상의 원리까지 분석해 앞으로 연구방향도 제시했다.

스몰(Small) 저널의 표지그림. 두가지 촉매가 뒤섞여 촉매효율을 높이는 모습을 표현했다. 2018.12.02. [자료=UNIST]

연구결과는 마이크로‧나노재료 분야의 세계적 권위지인 ‘스몰(small)’ 저널의 지난달 28일 표지논문으로 선정돼 출판됐다.

금속-공기전지는 금속으로 만들어진 ‘연료극’과 산소를 받는 ‘공기극’으로 이뤄진다. 산소를 금속과 ‘반응시키면서(산화)’ 전기를 ‘발생시키고(방전)’, 반대로 산화된 금속에서 산소를 ‘분리하면(환원)’ 전기를 ‘저장할 수 있다(충전)’.

공기극에 있는 촉매 성능이 좋아야 방전이나 충전이 잘 된다. 주로 백금(Pt)이나 산화이리듐(IrO₂) 등을 고성능 촉매로 썼는데, 귀금속이라 비싸고 희소하며 내구성도 낮아 대규모로 응용하기 어렵다.

귀금속 촉매의 문제를 해결하기 위해 최근에는 페로브스카이트(Perovskite) 물질이나 탄소재료 등을 이용한 새로운 촉매 개발이 추진되고 있다. 특히 두 물질을 함께 쓰면서 촉매 성능을 향상시키는 복합촉매 연구가 활발하다.

김 교수팀은 ‘페로브스카이트 산화물(SSC)’과 ‘3차원 질소 도입 그래핀(3DNG)’으로 복합촉매를 만들었다. 두 촉매는 따로 사용해도 일정 수준의 성능을 나타내는데, 둘을 혼합하자 시너지 효과를 나타내며 훨씬 뛰어난 성능을 보였다.

김 교수는 “복합촉매에서 나타나는 시너지 효과는 촉매끼리 전자 이동을 촉진한 결과”라며 “새로운 복합촉매는 성능은 물론 안정성까지도 확보해 금속공기전지 산업에 이바지할 것”이라고 기대했다.

kimys@newspim.com