에너지및화학공학부 김건태 교수팀, ‘금속-유기물복합촉매’ 개발 새로운 지침 제시… ACS Nano 논문 게재 주성미 ▲ UNIST 에너지 및 화학공학부 김건태 교수와 권오훈·김정원·김창민 연구원, 자비드 무하마드 박사(오른쪽부터). (UNIST 제공) 차세대 전기차 베터리 후보로 꼽히는 ‘금속-공기전지(Metal-Air Battery)’를 활용하기 위해 안정성과 효율성을 만족시키는 새로운 복합촉매가 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST)는 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀은 금속-공기전지 성능을 높일 새로운 ‘복합촉매(NP Co₃O₄/Fe@C₂N)’를 개발했다고 29일 밝혔다. 서로 다른 특성을 가진 두 금속을 안정적으로 묶어 시너지 효과를 얻으면서 다양한 분야 활용 가능성도 제시했다. 금속-공기전지는 크게 금속으로 만들어진 ‘연료극’과 산소를 활용하는 ‘공기극’으로 이뤄진다. 전기를 사용하는 방전 때는 금속으로 산화된 전자가 공기극으로 이동하며 전기를 발생시키고, 반대로 충전 때는 공기극에서 금속으로 전자를 이동시키며 전기를 저장하는 원리다. 금속-공기전지의 상용화에 가장 중요한 부분은 충·방전 시 공기극에서 반응이 원활하게 진행되도록 돕는 촉매다. 주로 백급(Pt)이나 산화이리듐(IrO₂) 등 귀금속 계열 촉매가 성능이 뛰어나지만, 가격이 비싸고 내구성이 낮다는 단점이 있었다. 연구진은 ‘코발트 산화물(Co₃O₄)’과 ‘철을 포함한 2차원 유기고분자((Fe@C₂N)’로 복합촉매를 만들었다. Fe@C₂N 촉매는 백종범 UNIST 교수팀이 개발한 것으로 방전 반응(ORR)에 뛰어난 효율을 보이는데, 충전 반응에서는 효율이 낮았다. 연구진은 이에 코발트 산화물 금속을 더해 충전과 방전에서 모두 뛰어난 효율을 보이는 촉매를 개발한 것이다. 연구진은 수열합성(Hydrothermal synthesis)을 통해 유기고분자가 이루는 그물망 위에 코발트 산화물이 올라간 형태의 복합촉매를 만들었다. 질소 원소와 코발트 산화물 사이가 결합되면서 촉매의 안정성이 높아졌고, 산소환원반응(ORR)과 산소발생반응(OER) 양쪽에서 모두 효율이 높아졌다고 밝혔다. 김건태 교수는 “금속-공기전지의 공기극으로 값싼 재료로 만든 고효율 촉매를 적용하면 상용화가 한층 빨라질 것”이라며 “차세대 공기극 신소재 개발과 안정성 문제를 동시에 해결할 단서도 제공했다”고 밝혔다. 이번 연구는 UNIST 에너지 및 화학공학부 백종범 교수도 함께 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야에서 최고 권위를 자랑하는 ACS Nano 5월 28일자로 출판됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 29일, 에너지및화학공학부 김건태 교수팀이 "금속-공기전지 성능을 높일 새로운 복합촉매를 개발했다"고 밝혔으며 다양한 분야 활용 가능성도 제시했다.