값비싼 백금을 대체하는 아연-공기전지의 공기극 촉매 소재기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다. 이번 기술 개발로 고출력밀도가 가능하고 산소환원반응을 촉진시키는 산화물 촉매의 상용화 가능성이 열렸다.
UNIST(울산과기대, 총장 조무제) 친환경에너지공학부 이장수 박사과정생(지도교수 조재필) 주도하에 개발된 이번 기술은 현대중공업과 산학협력으로 진행된 지식경제부산하 정보통신산업 진흥원의 ITRC 사업과제 연구결과다.
이번에 개발된 촉매는 저렴한 망간산화물과 케첸블랙 탄소를 이용해 간단한 방법으로 제조 가능하며 백금 촉매에 버금가는 성능을 가지고 있다. 이를 아연-공기전지에 적용한 결과, 출력밀도가 상용 공기극 대비 35%증가하고 백금촉매가 담지된 공기극 대비 95%에 달했다.
산소환원반응 촉진효과가 우수한 백금 촉매는 가격이 비싸 아연-공기전지 상용화에 대표적 걸림돌로 지적되고 있다. 그래서 저렴하고 우수한 촉매효과를 가지는 망간산화물이 대체촉매로 제안되었지만 낮은 전자전도성으로 인해 활용하지 못했다.
기존에 발표된 망간산화물 탄소 복합촉매의 경우 대부분의 탄소 지지체가 탄소나노튜브(CNT)나 그래핀(Graphene)을 이용하고 있다. 하지만 합성과정이 복잡해 대량 합성이 불가능하다는 문제점이 제기되었다.
아연-공기전지의 세계시장 규모는 연구단계이다. 하지만, 높은 에너지밀도를 가지고 있는 아연-공기전지가 향후 기존의 리튬이차전지 시장을 대체할 잠재력은 충분하다. 현재 세계적으로 기술개발이 진행중이며 5년내 상용화가 가능한 것으로 예상된다.
이 원천기술은 나노화학분야의 세계적인 권위지인 나노레터스(NANO Letters. ACS)에 12월호에 게재 되었다.
이번 연구를 공동으로 진행한 현대중공업측은 “백금촉매의 양을 최대한 줄이면서 반응사이트를 늘리는 연구는 많이 진행되어왔지만, 백금을 전혀 사용하지 않고 값싼 케첸블랙과 망간산화물 나노선의 시너지효과를 발휘한 이번 촉매의 제조기술은 금속-공기전지 상용화를 앞당기는 결정적인 역할을 할 것”이라고 평가했다.
