차세대 전기 자동차 등 대형 에너지 시스템에 활용이 기대되고 있는 리튬-공기 전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 고효율 촉매 소재가 개발됐다.

이번 연구는 최근 신재생 에너지 기술의 핵심이라 할 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS)과 전기자동차(EV) 부문에서 높은 출력, 높은 에너지 밀도를 동시에 구현할 수 있는 차세대 이차 전지 시스템의 개발을 요구하고 있는 가운데 이뤄져 더욱 주목된다.

동국대 융합에너지신소재공학과 강용묵 교수팀과 한영규 교수팀, KAIST 화학과 송현준 교수팀은 공동 연구를 통해, 팔라듐(Pd)을 구리(Cu)와 합금화시킴으로써 산소발생 반응은 물론 산소환원반응에도 뛰어난 촉매를 개발하는 데 성공했다. 또 이러한 촉매가 리튬-공기 전지 내에서의 전기화학반응을 가속화시킬 수 있음을 이론적으로 증명했다.

리튬-공기 전지는 방전 시 산소환원반응, 충전 시 산소발생반응이 발생하는데, 현재까지 이러한 반응을 가역적으로 일어나게 하는 양극 촉매로는 우수한 산소환원반응을 보이는 것으로 알려진 알파 망간산화물(α-MnO2)이 주로 사용돼 왔다. 하지만 알파 망간산화물을 포함한 대부분의 산화물 촉매를 사용하는 경우 산소발생반응에 대한 약한 촉매 효과로 리튬-공기 전지가 가진 에너지 밀도 측면에서의 장점을 퇴색시키는 맹점이 있었다.

강용묵 동국대 교수는 “하이브리드 전기자동차(HEV)나 소규모의 에너지 저장 시스템에는 현재의 리튬이온이차전지의 적용이 기대되고 있지만, 본격적인 대형 에너지 저장 시스템의 경우 에너지 밀도가 높은 차세대 전지 시스템의 적용이 요구되고 있다”며 “본 연구는 대표적인 차세대 전지 시스템인 리튬-공기 전지에 있어서 이금속 촉매가 그 특성을 획기적으로 향상시키는데 기여할 수 있음을 실험적으로 이론적으로 모두 밝혀냈다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다.

이 연구결과는 에너지 환경분야의 최고 권위지인 ‘Energy & Environmental Science’에 지난 9일 인터넷 판으로 게재됐으며, 해당 호 논문 중에 우수성을 인정받아 뒷표지로 선정됐다.

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