국내 연구진이 차세대 전기차 배터리로 주목받고 있는 아연-공기전지의 촉매를 상온에서 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

조재필 UNIST(울산과학기술대학교) 교수팀은 기존의 백금 촉매보다 촉매활성도와 내구성이 우수하고 고온의 열처리 과정을 거치지 않고도 상온에서 대량합성이 가능한 저가의 유기물기반 탄소나노튜브 촉매를 개발했다.

현재 사용하는 백금촉매는 귀금속이어서 생산단가가 비싸고 사용기간이 길어질수록 수명이 급격히 저하되는 단점이 있다. 이런 단점을 보완하기 위해 개발된 철(F)-질소(N)-탄소(C)로 이뤄진 촉매 역시 800℃ 이상의 고온에서 합성해야 하는 문제가 있었다.

연구팀은 이런 문제점 해결을 위해 새로운 촉매 합성법을 개발, 생산 공정은 쉬우면서도 아연-공기전지의 출력과 용량을 획기적으로 개선했다.

연구팀은 사람의 몸속의 단백질 구성성분인 철포르피린이 촉매작용을 해 산소의 이온화 반응을 촉진한다는 사실에서 영감을 얻어 이와 유사한 구조를 가진 철프탈로시아닌을 이용해 유기물 기반 탄소나노튜브 촉매를 개발했다.

아연-공기전지에 이 촉매를 적용한 결과, 전지의 수명이 기존의 백금 촉매 대비 50% 이상 개선됐고 일시에 많은 전류를 흘릴 때 전압이 급격히 떨어지는 현상도 40% 이상 줄어들었다.

또 현재 개발이 진행되고 있는 철-질소-탄소 촉매 대비 공정이 단순해 이 보다도 30% 이상의 원가 절감을 가져올 수 있게 됐다.

조재필 교수는 "금속-공기전지 개발을 위해 전 세계적으로 경쟁이 불붙는 가운데 가격과 안정성 측면에서 가장 우수한 촉매기술을 선점했다는 점에서 의의가 있다"며 "고온 열처리 공정이 필요 없는 이번 촉매 개발은 아연-공기전지의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 지난달 25일 네이처 자매지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재됐다.