UNIST, KIST 연구팀 각각 배터리 관련 신기술 개발 성공

[인더스트리뉴스 최홍식 기자] 세계적으로 전기차에 대한 기술개발이 집중되고 있는 가운데 국내 연구진이 휘발유 엔진보다 에너지 효율이 높은 전기차 배터리 기술과 백금 대신 탄소튜브 기반 합금 촉매를 사용하는 연료전지를 개발하는데 성공했다.

UNIST 에너지 및 화학공학부 조재필 교수팀이 휘발유 엔진보다 에너지 효율이 높은 전기차 배터리 기술을 개발했다. 이 기술은 리튬이온배터리보다 오래 쓰면서 폭발하지 않는 ‘알루미늄-공기 흐름전지’ 기술이다.

UNIST 조재필 교수팀이 개발한 알루미늄-공기-흐름 전지가 작동해서 전기를 발생시킨 모습 [사진=UNIST]

알루미늄-공기 흐름 전지는 충전해 사용하는 이차전지가 아니라 방전만 되는 일차전지다. 전기차에 적용하면 알루미늄 금속만 교체해 전기를 공급받게 된다. 같은 무게의 휘발유와 알루미늄의 실질적 에너지 밀도를 따지면 알루미늄이 월등하다.

다양한 금속을 공기와 반응시켜 전기를 얻는 ‘금속-공기 전지’ 기술에서 금속-공기 전지는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 커서 차세대 배터리로 주목받고 있으며, 앞서 언급했듯이 알루미늄에 대한 기대가 큰 상황이다. 알루미늄은 가볍고 값싸며, 이론적 용량도 리튬보다 크고, 폭발하지 않는다는 장점이 있다.

하지만 기존 알루미늄-공기 전지는 작동 과정에서 알루미늄 부산물이 쌓여 쉽게 성능이 떨어진다. 이에 조재필 교수팀은 이를 ‘전해액 흐름’이라는 방식으로 해결한 알루미늄-공기 흐름 전지를 개발했다. 여기에 공기를 받아들이는 전극에서 반응을 활성화시키는 고성능 촉매도 새로 개발했다. 이 촉매까지 적용한 알루미늄-공기 흐름 전지는 폭발하지 않으면서 에너지 밀도가 커 전기차의 주행 거리를 늘릴 것으로 기대된다.

한편, KIST 연료전지연구센터 유성종 박사팀은 UNIST 김광수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 전 세계적으로 차세대 연료전지로 각광을 받고 있는 고체 알칼리막 연료전지에 사용 가능한 고성능 탄소튜브 기반 질소-전이금속(철-코발트) 합금 나노 촉매를 개발했다.

KIST 유성종 박사팀이 개발한 고체 알칼리막 연료전지에 사용 가능한 고성능 탄소튜브 기반 질소-전이금속(철-코발트) 합금 나노 촉매 모식도 [사진=KIST]

KIST 연구팀은 UNIST 공동연구진과 함께 알칼리 환경에서 적용 가능한 고활성, 고안정성 소재인 탄소튜브계 질소-전이금속 합금 나노 촉매를 적용해 연료전지용 촉매 연구를 진행했다. 그 결과, 합성된 촉매의 탄소튜브 내에 존재하는 질소-코발트, 질소-철 및 철-코발트 합금의 공존에 의해 촉매 표면에서 전자 이동 및 산소 분자의 흡착성을 높여 향상된 산소 환원 반응으로 우수한 활성을 갖는다는 것을 밝혀냈다.

유성종 박사팀이 개발한 촉매는 기존 합성법이 고온에서 다양한 공정을 거쳐 제조되던 것과 다르게, 재료의 교반 후 비활성 기체 조건에서 열처리를 통한 최소화된 공정을 거쳐 합성이 가능하기에 시간당 촉매 제조 생산량을 극대화했다. 또, 실제 연료전지 구동을 통해 상용화에 대한 가능성을 보여줬다. 이에 따라 추후 상업적인 단계에서도 소재의 생산 공정 및 연료전지 적용에 대한 장벽을 크게 완화할 것으로 전망된다.

[최홍식 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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