KAIST 저렴한 촉매로 아연 공기 배터리 개발

국내 연구진이 기존 리튬이온 배터리보다 안전하면서도 저렴한 차세대 배터리를 개발했다

강정구 한국과학기술원 KAIST 신소재공학과 교수 연구진이 한병찬 연세대 교수 연구진 최상일 경북대 교수 연구진 정형모 성균관대 교수 연구진과 함께 아연-공기 전지에 적용할 촉매 물질과 이를 활용한 배터리를 개발했다고 4일 밝혔다

이번 연구 결과는 국제 학술지인 에너지 스토리지 머터리얼스 Energy Storage Materials에 1월 14일 게재됐다

현재 전기차 스마트폰 등 다양한 산업에서 사용되는 리튬이온 배터리는 충전 효율이 높지만 화재 위험이 크고 원자재 가격이 비싸다는 단점이 있다

이에 반해 아연-공기 배터리는 값싼 아연과 공기 중 산소를 활용해 전기를 만들기 때문에 원가가 낮고 안전성이 뛰어나다는 장점이 있다

하지만 아연-공기 배터리는 충전과 방전 시에 전극에서 화학 반응을 일어나게 하는 촉매가 필요하다

지금까지 사용된 백금 이리듐 등 귀금속 기반 촉매는 비용이 높아 상용화가 어렵다는 한계가 있었다

연구진은 이에 금속과 산소가 결합한 전이금속 산화물을 기반으로 촉매 물질을 개발했다

실험 결과 해당 촉매 물질은 아연-공기 배터리에 사용할 경우 귀금속 기반 촉매보다 높은 활성도와 안정성을 보였다

또한 연구진은 인공지능 AI 기술을 활용해 촉매 내부의 원자들이 어떻게 반응하는지를 분석해 최적의 촉매 구조를 밝혀냈다

제작된 아연-공기 배터리는 리튬이온 배터리를 뛰어넘는 에너지 밀도를 보였으며 원료 비용이 저렴하고 안전성도 뛰어난 것으로 확인됐다

이러한 특성 덕분에 추후 전기차 웨어러블 전자기기 등 다양한 산업에 적용될 가능성이 크다

강정구 교수는 이번 연구로 개발된 차세대 촉매 소재는 가격 경쟁력과 더불어 높은 촉매 활성도로 인해 아연-금속 공기 전지의 상용화에 기여할 수 있다며 중소형 전력원뿐만 아니라 향후 전기 자동차까지 활용 범위를 확대해 적용할 수 있을 것이라고 덧붙였다