UNIST, 차세대 전기차 배터리 구현 새 복합촉매 개발

코발트·철 안정적으로 묶어

충·방전서 뛰어난 효율 보여

UNIST 에너지 및 화학공학부의 자비드 마흐무드(왼쪽부터) 박사, 김창민·김정원·권오훈 연구원, 김건태 교수가 포즈를 취하고 있다. /사진제공=UNIST

국내 연구진이 에너지 밀도가 휘발유와 유사한 차세대 전기차 배터리 후보인 ‘금속공기전지(metal-air battery)’에서 안정성과 효율성을 모두 만족시키는 새로운 복합촉매를 개발했다.

김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 금속공기전지의 촉매로 코발트와 철을 안정적으로 묶어 시너지를 내는 ‘복합촉매(NP Co3O4/Fe@C2N)’를 개발했다고 29일 밝혔다.

금속공기전지는 방전 시 금속에서 산화된 전자가 공기극으로 이동하며 전기를 발생시키고 역으로 충전 시 공기극에서 금속으로 전자를 이동시키며 전기를 저장한다. 이때 충·방전 시 공기극에서 반응이 원활하게 진행되도록 돕는 촉매의 역할이 중요하다. 백금(Pt)이나 산화이리듐(IrO2) 등 귀금속 계열의 촉매가 성능이 뛰어나지만 가격이 비싸고 내구성이 낮다.



김 교수팀은 ‘코발트 산화물(Co3O4)’에다 백종범 UNIST 교수팀이 개발한 ‘철을 포함한 2차원 유기고분자 (Fe@C2N)’를 융합해 복합촉매를 만들었다. 방전반응 시 효율이 뛰어나지만 충전반응 시 효율이 낮은 Fe@C2N 촉매의 문제를 코발트 산화물로 보완해 충·방전에서 모두 뛰어난 효율을 보이도록 만든 것이다. 제1저자인 김정원 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “코발트 산화물과 유기고분자 C2N에서 시너지 효과가 나타나 산소발생반응에서도 우수한 효율을 나타냈다”고 설명했다.

김 교수는 “차세대 공기극 신소재 개발과 안정성 문제를 동시에 해결할 단서도 제공했다”며 상용화에 대한 기대감을 내비쳤다. 한편 이번 연구에는 백 교수도 참여했으며 연구 결과는 ACS 나노 학회지에 게재됐다. /고광본선임기자 [e-mail]