국내 연구진이 수소 발생과 노출 등으로 안전에 문제가 있는 수계이차전지의 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 촉매 기술을 내놨다. 앞으로 수소로 인해 안전에 큰 영향을 줄 수 있는 수소저장시설 등 다양한 산업 현장에 적용할 수 있을 전망이다.
한국과학기술연구원(KIST)은 오시형 박사 연구팀이 수소가스 발생으로 수계이차전지의 내부압력 상승과 전해질 고갈 현상에 스스로 대처할 수 있는 촉매 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
수계이차전지는 물을 전해질로 활용해 발화 위험이 없고, 환경 친화적이어서 리튬이차전지의 대안으로 주목받고 있다. 하지만, 물 분해로 발생하는 수소 가스 때문에 내압 상승과 전해질 고갈 현상 등으로 안전성이 떨어져 상용화에 어려움이 있다.
지금까지는 금속 음극과 전해질 사이 접촉을 최소화하기 위해 표면 보호층 형성 기술을 통해 수소 발생을 억제해 성능과 안전성을 확보해 왔다. 그럼에도 전해질인 물이 분해되면서 소량의 수소 가스가 지속적으로 발생해 장기간 이용할 경우 폭발 가능성을 완전히 배제할 수 없다.
연구팀은 이산화망간과 팔라듐 복합촉매를 도입해 전지 내부에서 발생하는 수소 가스를 물로 전환하는 자기조절 기능을 갖추도록 구현했다. 이산화망간은 일반적인 상황에서 수소 가스와 반응하지 않지만, 소량의 팔라듐이 함께 존재하면 스스로 수소를 흡수해 물로 전환한다. 이 촉매를 수계이차전지에 적용하면 셀 내부의 압력이 0.1 기압 수준으로 유지되고, 전해질 고갈 현상을 막아 전지 성능과 안정성을 모두 확보할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
물을 이용하는 수계이차전지 충·방전 과정에서 발생하는 수소를 촉매가 물로 전환해 통제함으로써 향후 ESS(에너지저장장치)와 같은 중대형 이차전지에 활용할 수 있다는 가능성을 보여준 것이다. 아울러 원료물질이 고가이면서 폭발 가능성이 높은 유기용매 전해질을 사용한 리튬이온전지를 대체하면 중대형 이차전지 보급도 확대하는 계기가 될 전망이다.
오시형 KIST 박사는 "수계이차전지에 위험 요소가 생기면 내부에 설치된 안전 메커니즘에 의해 저절로 통제할 수 있도록 전지를 설계한 것"이라며 "수소가스 누출로 인한 위험 요소가 있는 다양한 산업 현장에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '에너지 스토리지 머터리얼즈(지난달 1일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
한국과학기술연구원(KIST)은 수소 가스 발생으로 인한 폭발 위험을 해소하면서 성능과 안전성을 한층 향상한 수계이차전지 새 촉매를 개발했다. 사진은 이산화망간-팔라듐 복합촉매를 활용해 수계이차전지의 안전성을 확보한 개념도
