▲ 송현곤 교수와 이동규 연구원이 기념촬영에 임하고 있다..

산화물계 촉매에 전도성 고분자를 섞어 충·방전에서 모두 높은 성능을 보여 금속공기전지를 이차전지로의 가능성을 높인 소재가 개발됐다.

UNIST(총장 정무영)는 송현곤 에너지 및 화학공학부 교수팀이 금속공기전지에 쓰이는 귀금속 촉매를 대체할 ‘고성능 유무기 복합 촉매’를 개발했다고 지난 16일 밝혔다.

금속공기전지는 리튬이온전지를 대체할 것으로 주목받는 차세대 고용량 이차전지다. 상용화시 기존 리튬이온전지보다 전기자동차의 주행거리를 2배 이상 올릴 수 있기 때문이다.

금속공기전지는 양극에서 산화환원반응과 산소발생이 일어나면서 작동하고 이 과정에는 효율을 높이는 전기화학적 촉매로 백금이 널리 알려져 있지만 가격이 비싸고 충전 시엔 산소발생이 잘 일어나지 않는 단점이 있다.

또 많이 사용되는 것이 비교적 저렴한 ‘페로브스카이트 산화물’이지만 상대적으로 산소 발생 반응에서 다른 촉매보다 성능이 낮은 단점이 있었다.

이에 연구팀은 촉매로 널리 쓰이고 있던 ‘페로브스카이트’에 유기 고분자인 ‘폴리피롤(polypyrrole)’을 섞어 산화물 촉매의 성능을 획기적으로 향상시켰다. 이 촉매를 사용해 금속공기전지를 충·방전시키자 백금보다 뛰어난 성능을 보였다.

제1저자로 이번 연구에 참여한 이동규 UNIST 에너지 및 화학공학부 석·박사통합과정 연구원은 “폴리피롤은 산소를 끌어당겨 산화물 촉매에 넘겨주는 도우미 역할을 한다”며 “다양한 산화물계 촉매에 적용이 가능하다”고 설명했다.

송현곤 교수는 “이번에 개발한 촉매는 화학적인 결합을 위한 추가적인 열처리 과정이 없어 공정이 쉽고 대량생산에 용이하다”며 “금속공기전지뿐 아니라 수소연료전지의 촉매로도 고성능을 발휘할 수 있어 에너지 분야에서 크게 기여할 것”이라고 평가했다.

한편 이번 연구에는 UNIST 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀과 곽상규 교수팀이 함께 참여했다. 연구 결과는 에너지와 환경 분야에서 세계적인 저널인 ‘에너지 환경 과학(Energy & Enviromental Science)’ 2017년 1월호에 출판될 예정이다.