KAIST, 전이금속산화물 기반 촉매 개발
높은 에너지 밀도와 값싸고 안전성 뛰어나
높은 에너지 밀도와 값싸고 안전성 뛰어나
KAIST는 강정구 신소재공학과 교수 연구팀이 한병찬 연세대 교수·최상일 경북대 교수·정형모 성균관대 교수 연구팀과 함께 아연-공기 배터리에 적용할 'AI 기반 이종기능 전기화학 촉매'를 개발했다고 4일 밝혔다.
아연-공기 전지는 음극에 사용되는 값싼 아연 금속과 공기 중 산소를 이용해 전기를 만들기 때문에 리튬이온배터리에 비해 원가가 낮고 발화위험이 없어 차세대 배터리로 주목받고 있다.
하지만 아연-공기 배터리는 충전과 방전 시에 공기극(공기 중 산소를 전극 반응에 활용하는 양극)에서 일어나는 산소 환원과 산소 발생 반응이 잘 일어나게 하는 촉매가 필수적이다. 기존 상용 촉매는 백금, 이리듐 등 귀금속을 기반으로 제작돼 가격이 비싸 상용화에 한계가 있다.
연구팀은 귀금속 기반 촉매보다 활성도와 안정성이 높으면서 가격이 저렴한 금속과 산소가 결합한 전이금속 산화물을 기반으로 이종접합 촉매를 개발했다. AI를 활용해 기존 양자역학 계산만으로 분석하기 어려웠던 계면에서의 원자구조를 규명해 높은 에너지 밀도를 구현해 냈다.
연구팀은 개발된 촉매를 이용해 아연-공기 배터리를 제작했다. 이 아연-공기 배터리는 리튬이온 배터리를 뛰어넘는 높은 에너지 밀도와 저렴하고 안전성도 뛰어난 것으로 확인됐다. 앞으로 전기차, 웨어러블 전자기기 등 다양한 산업에 적용될 가능성이 크다고 연구팀은 설명했다.
강정구 KAIST 교수는 "전이금속산화물 기반 차세대 촉매 소재는 가격 경쟁력과 함께 촉매 활성도가 높아 아연-금속 공기 전지의 상용화에 기여할 것"이라며 "중·소형 전력원뿐만 아니라 향후 전기 자동차까지 활용 범위를 확대 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 에너지 저장 소재 분야 국제 학술지 '에너지 스토리지 머터리얼스(지난 1월 14일자)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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