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리튬이온 배터리 대비 저렴하고 안정성 높아 전기차 산업 등에서 주목
김종호 교수
[한국대학신문 조영은 기자] 김종호 한양대 ERICA캠퍼스 재료화학공학과 교수팀이 최근 금속-공기전지의 성능을 효과적으로 높여줄 새로운 나노촉매를 개발했다.
공기 중 산소를 이용해 충·방전하는 ‘금속-공기전지’는 리튬이온전지에 비해 에너지 저장용량이 크고, 가격도 저렴하며, 폭발 위험성이 없어 전기차 분야에서 주목하는 차세대 배터리다.
충·방전이 가능한 금속-공기 전지의 성능은 공기극(cathode)에서 일어나는 산소의 산화·환원 반응 속도가 결정한다. 지금까지 산소 산화·환원 반응을 촉진시키고자 값비싼 백금(Pt)과 루테늄(Ru)이 촉매로 사용됐다. 하지만 이와 같은 촉매는 가격이 비싸면서도 안정성이 떨어져 배터리 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. 이로 인해 가격이 저렴하고 성능이 우수한 탄소 촉매의 필요성이 제기됐다.
김 교수팀은 ‘용매열 라디칼 합성법’을 고안, 탄소 촉매의 나노구조와 활성을 정밀하게 조절함으로써 해당 문제를 해결했다. 김 교수팀은 다공성 탄소 나노구조체에 코발트 원자 또는 코발트 나노입자를 포함시켜 유기-무기분자 간 상호작용을 조절하고 촉매의 구조와 활성을 정밀하게 제어해 촉매의 성능과 안정성을 높였다.
이렇게 개발된 탄소나노촉매를 이용해 제작된 금속-공기전지는 기존 촉매 대비 가격이 30% 정도로 매우 저렴하며, 오랜 충·방전 후에도 100% 이상 향상된 안정적 성능을 유지한다.
효과적인 분자제어를 통한 탄소기반 나노촉매 합성
김 교수는 “값싸고 성능이 우수한 탄소 나노촉매를 금속-공기 전지에 적용하면 전기차 제작 단가를 획기적으로 낮출 것”이라며 “이번 연구는 분자제어를 통해 촉매 구조 및 성능이 정밀하게 조절된 차세대 나노촉매 소재 개발에 새로운 방법을 제시했다”며 연구의 의의를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단으로부터 지원받아 한양대 ERICA캠퍼스 화학분자공학과 이상욱 교수팀과 함께 진행됐으며, 연구결과는 논문명 'Molecular engineering of nanostructures and activities on bifunctional oxygen electrocatalysts for Zinc-air batteries'으로 화학·환경 공학 분야 최상위 국제저명학술지인에 지난 9일 온라인에 게재됐다.
저작권자 © 한국대학신문 무단전재 및 재배포 금지
출처 : 한국대학신문(http://news.unn.net)
김종호 교수
[한국대학신문 조영은 기자] 김종호 한양대 ERICA캠퍼스 재료화학공학과 교수팀이 최근 금속-공기전지의 성능을 효과적으로 높여줄 새로운 나노촉매를 개발했다.
공기 중 산소를 이용해 충·방전하는 ‘금속-공기전지’는 리튬이온전지에 비해 에너지 저장용량이 크고, 가격도 저렴하며, 폭발 위험성이 없어 전기차 분야에서 주목하는 차세대 배터리다.
충·방전이 가능한 금속-공기 전지의 성능은 공기극(cathode)에서 일어나는 산소의 산화·환원 반응 속도가 결정한다. 지금까지 산소 산화·환원 반응을 촉진시키고자 값비싼 백금(Pt)과 루테늄(Ru)이 촉매로 사용됐다. 하지만 이와 같은 촉매는 가격이 비싸면서도 안정성이 떨어져 배터리 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. 이로 인해 가격이 저렴하고 성능이 우수한 탄소 촉매의 필요성이 제기됐다.
김 교수팀은 ‘용매열 라디칼 합성법’을 고안, 탄소 촉매의 나노구조와 활성을 정밀하게 조절함으로써 해당 문제를 해결했다. 김 교수팀은 다공성 탄소 나노구조체에 코발트 원자 또는 코발트 나노입자를 포함시켜 유기-무기분자 간 상호작용을 조절하고 촉매의 구조와 활성을 정밀하게 제어해 촉매의 성능과 안정성을 높였다.
이렇게 개발된 탄소나노촉매를 이용해 제작된 금속-공기전지는 기존 촉매 대비 가격이 30% 정도로 매우 저렴하며, 오랜 충·방전 후에도 100% 이상 향상된 안정적 성능을 유지한다.
효과적인 분자제어를 통한 탄소기반 나노촉매 합성
김 교수는 “값싸고 성능이 우수한 탄소 나노촉매를 금속-공기 전지에 적용하면 전기차 제작 단가를 획기적으로 낮출 것”이라며 “이번 연구는 분자제어를 통해 촉매 구조 및 성능이 정밀하게 조절된 차세대 나노촉매 소재 개발에 새로운 방법을 제시했다”며 연구의 의의를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단으로부터 지원받아 한양대 ERICA캠퍼스 화학분자공학과 이상욱 교수팀과 함께 진행됐으며, 연구결과는 논문명 'Molecular engineering of nanostructures and activities on bifunctional oxygen electrocatalysts for Zinc-air batteries'으로 화학·환경 공학 분야 최상위 국제저명학술지인
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