UNIST 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀은 금속-공기전지의 성능을 높일 새로운 ‘복합촉매(NP Co₃O₄ /Fe@C₂N)’를 개발했다고 29일 밝혔다. 금속-공기전지는 크게 금속으로 만들어진 ‘연료극’과 산소를 활용하는 ‘공기극’으로 이뤄진다. 전기를 사용하는 방전 시에는 금속에서 산화된 전자가 공기극으로 이동하며 전기를 발생시키고, 반대로 충전 시에는 공기극에서 금속으로 전자를 이동시키며 전기를 저장한다.

금속-공기전지의 상용화에 가장 중요한 부분은 충·방전 시 공기극에서 반응이 원활하게 진행되도록 돕는 촉매다. 주로 백금(Pt)이나 산화이리듐(IrO₂)의 귀금속 계열의 촉매가 성능이 뛰어나지만 가격이 비싸고 내구성이 낮아 대규모 응용이 어려웠다.

김건태 교수팀은 귀금속 촉매의 문제를 해결하기 위해 ‘코발트 산화물(Co₃O₄)’과 ‘철을 포함한 2차원 유기고분자 (Fe@C₂N)’로 복합촉매를 만들었다. Fe@C₂N 촉매는 백종범 UNIST 교수팀이 개발한 것으로 방전 반응(ORR)에서 뛰어난 효율을 보인다. 반면 충전 반응에서는 효율(OER)이 낮았는데, 여기에 코발트 산화물 금속을 더해 충·방전에서 모두 뛰어난 효율을 보이도록 만들었다.

김건태 교수는 “금속-공기전지의 공기극로 값싼 재료로 만든 고효율 촉매를 적용하게 되면 상용화가 한층 빨라질 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNIST 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수도 함께 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야에서 최고 권위를 자랑하는 ACS Nano 5월 28일자로 출판됐다. 강은정 기자