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UNIST, 금속˙공기전지 성능 높일 '복합촉매' 개발
문현식  |  hjournalist@scientist.town
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승인 2018.12.03  20:50:00
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저널의 표지에 실린 연구 결과. 두 가지 촉매가 뒤섞여 촉매 효율을 높이는 모습을 표현했다. 출처: SMALL
저널의 표지에 실린 연구 결과. 두 가지 촉매가 뒤섞여 촉매 효율을 높이는 모습을 표현했다. 출처: SMALL

금속-공기전지는 금속으로 만들어진 '연료극'과 산소를 받는 '공기극'으로 이뤄집니다. 간단히 전지의 원리를 말씀드리면 산소를 금속과 반응시키면서(산화) 전기를 발생시키고(방전), 반대로 산화된 금속에서 산소를 분리하면(환원) 전기를 저장할 수 있습니다(충전).

 

이때 촉매가 중요한 변수인데요. 공기극에 있는 촉매 성능이 좋아야 방전이나 충전이 잘 되고 효율성도 높아집니다. 그동안 주로 사용했던 촉매는 백금(Pt)이나 산화이리듐(IrO₂)이었죠. 물론 이런 촉매는 효율적이긴 한데 문제는 가격이었습니다. 귀금속이라 비싸고 희소한데다, 내구성도 낮아서 연구용으로 활용하는데는 제약이 있었습니다.

 

때문에 새로운 촉매로 요즘 떠오르느는 촉매가 페로브스카이트라는 물질입니다. 페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물인데요. 효율이 높은데다 가격도 저렴해서 차세대 주자로 각광받고 있습니다.

 

이번 연구에 참여한 UNIST 연구진의 모습_왼쪽부터 최근수 박사, 김선아 연구원, 이준희 교수, 김건태 교수. 출처: UNIST
이번 연구에 참여한 UNIST 연구진의 모습_왼쪽부터 최근수 박사, 김선아 연구원, 이준희 교수, 김건태 교수. 출처: UNIST

UNIST 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀도 바로 이 페로브스카이트를 응용해서 새로운 복합촉매를 만들었습니다. 구체적으로 '페로브스카이트 산화물(SSC)'과 '3차원 질소 도입 그래핀(3DNG)'이라는 2가지 재료를 이용해서 촉매를 만든 것이죠. 사실 이 2가지 촉매는 각각 사용해도 효율이 괜찮은 촉매들이었습니다. 그런데 놀라운 건 이 2가지를 혼합하자 효율이 더욱 좋아졌다는 점입니다.

 

김선아 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 "2가지 촉매를 동시에 사용하면 통상 작동환경에 더 유리한 촉매 1개만 성능을 발휘하는 게 일반적인데, UNIST가 발견한 복합촉매는 2개의 촉매가 상호 작용하며 전체적인 성능을 높이는 특징이 있었다"고 설명했습니다.

 

연구진은 복합촉매가 우수한 성능을 보이는 이유도 밝혔습니다. 복합촉매는 '3차원 질소 도입 그래핀(3DNG)'이 '페로브스카이트 산화물(SSC)'에게 전자를 전달하는 특성이 있었습니다. 이렇게 전자를 전달하는 과정에서 산화ㆍ환원이 더 잘 일어난다는 것이 연구진의 설명입니다.

 

김건태 UNIST 교수는 "이번 복합촉매를 계기로 앞으로 더 효율적인 페로브스카이트-탄소재료 복합촉매를 설계할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

 

 

##참고자료##

 

A tailored bifunctional electrocatalyst: Boosting oxygen reduction/evolution catalysis via electron transfer between n-doped graphene and perovskite oxides. SMALL.
 

 
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