전지 성능을 높이려면 ‘전기가 잘 흐르는 촉매를 쓰면 된다’는 연구 결과가 나왔다.
UNIST(울산과기원, 총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 송현곤, 김건태, 곽상규 교수(이하 송 교수팀)는 연료전지 등 공기 중 산소를 이용하는 전지의 촉매를 연구해 이 같은 결과를 ‘앙게반테 케미’ 최신호에 발표했다.
이번 연구는 ‘촉매의 전기 전도도에 따라 전지 성능이 결정된다’는 원리와 그 구체적 증거를 제시한 성과다.
수소연료전지나 금속공기전지는 양극에서 공기 중의 산소를 받아들여 전기화학반응을 일으킨다. 연료로 사용하는 수소나 금속이 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 방식이다.
이때 양극에서는 산소(O₂)가 산소 원자(O)로 쪼개져 음극에서 나온 전자와 반응하는데, 이 반응을 촉진하기 위해 촉매가 사용된다.
일반적으로 전지의 양극이나 음극에 쓰인 물질의 전기 전도도가 높으면 전기화학반응이 잘 일어난다. 전기가 잘 흘러 반응하는 양도 늘어나기 때문이라는 게 지금까지의 생각이었다.
송 교수팀은 이 반응에서 촉매의 전기 전도도가 반응의 양뿐만 아니라 질적인 면에서도 중요한 역할을 한다는 점을 밝혀냈다.
송현곤 교수는 “촉매 주변의 전기 전도도를 높이면 산소 분자가 전자를 더 많이 받아 산소환원이 잘 일어나고 결과적으로 더 많은 전기를 만든다”며 “이번 연구로 촉매와 산소환원 반응의 물리화학적 상관 관계를 규명할 수 있었다”고 설명했다.
송 교수팀은 전기 전도도가 서로 다른 세 종류의 산화물 촉매를 만들어 실험했다. 그 결과 전기 전도도가 높아짐에 따라 전자 4개가 반응하는 완전환원 반응이 많아졌다. 완전환원이 많을수록 더 좋은 촉매로 본다.
이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업과 BK21플러스사업 지원으로 수행됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
