인하대 백성현 교수 연구팀, 다기능성 전극촉매 개발

아연·공기 이차전지, 음이온 교환막 연료전지
상용화 가능성 높일 다기능성 전극촉매 개발

백성현 인하대 화학 화학공학 융합학과 교수가 이끄는 에너지환경기술연구실 연구팀/제공=인하대

인하대학교는 최근 백성현 화학·화학공학 융합학과 교수 연구팀이 아연·공기 이차전지와 음이온 교환막 연료전지의 상용화 가능성을 높일 수 있는 다기능성 전극촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.

아연과 산소가 각각 음극·양극에서 화학 반응을 일으켜 전기를 만드는 아연·공기 이차전지는 차세대 배터리로 리튬이온배터리를 대체할 수 있는 잠재력을 인정받고 있다. 이론적으로 높은 용량, 에너지 밀도, 안정성, 친환경성, 가격 경쟁력 등 다양한 장점을 갖추고 있어 급증하는 에너지 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다.

또한 기체연료의 전기화학 촉매반응을 이용해 전기를 생산하는 음이온 교환막 연료전지는 수소·에너지 전환의 해결책으로 많은 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 하지만 두 셀의 공기극에서 일어나는 산소 환원 반응과 발성 반응은 반응속도가 느려 셀 성능을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.

현재 사용되고 있는 촉매는 대부분 비싼 귀금속으로 만들기 때문에 상용화를 위해선 비용을 낮출 수 있는 비귀금속 기반 촉매의 개발이 반드시 필요하다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 비귀금속을 기반으로 한 다양한 전극 촉매를 합성하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 촉매는 산소 환원 반응과 발성 반응에서 뛰어난 촉매능, 안정성을 보였다.

연구팀은 다기능 촉매 개발의 연구 성과를 인정받아 최근 다양한 국제 저명 학술지에 논문을 게재했다. '음이온 교환막 연료전지용 N·Se 공동 도핑 탄소 및 충전식 아연·공기전지 배터리에 내장된 코발트·코발트 셀렌화물 나노 입자 기반의 효율적인 이중 기능 전기 촉매 개발'(Development of an efficient bifunctional electrocatalyst based on Co/CoSe2 nanoparticles embedded in N, Se co-doped carbon for AEMFC and rechargeable Zn-air battery)을 주제로 한 논문은 화학공학 분야 세계적인 학술지인 '응용 촉매 B:환경과 에너지'(Applied Catalysis B: Environment and Energy·IF: 20.2·상위 0.6%)에 게재됐다. 또한 저명 학술지 Advanced Science(IF: 14.3, 상위 6.5%), Journal of Power Sources(IF: 8.1, 상위 12.2%)에도 연구 관련 논문이 올라갔다.

이번 연구들은 인하대 화학공학과 성해민, 손유진, 고다솔 석사과정생과 민경석 석·박사 통합과정생이 주저자로 이름을 올리고 백성현 화학·화학공학 융합학과 교수가 교신저자로 참여했다. 한국연구재단의 기초과학 연구역량 강화사업, 기능성 유무기 복합소재 실용화 전문인력 양성사업, 지속가능한 에너지 부품소재 핵심연구지원센터 조성 지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

백성현 인하대 화학·화학공학 융합학과 교수는 "독특한 탄소 구조와 구조결함 테크닉을 도입해 전기화학적 활성점들의 효율을 극대화시킨 것이 이번 연구의 핵심이었다"며 "전기화학 촉매 제조법은 아연·공기 이차전지, 연료전지, 수전해와 더불어 다양한 에너지 변환과 저장장치에 적용 가능할 것으로 기대한다"고 말했다. 인천=주관철 기자 orca2424002@