전북대학교 이중희 교수팀(나노융합공학과)이 세계 최고의 효율을 가진 차세대 고효율 아연-공기전지를 개발해 학계의 주목을 받고 있다.

26일 전북대에 따르면 이중희 교수와 김남훈 교수, 트란듀이탄 교수, 남성웅 석사과정 학생이 참여한 연구팀은 고가의 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 성능이 우수하고, 내구성이 뛰어난 양기능성 산소 전기촉매를 개발해 아연-공기전지에 적용했다.

연구팀은 부분적으로 박리시킨 금속붕화물 엠벤(MBene)을 제작, 이 위에 철 프탈로시아닌(FeMc) 분자를 균일하게 고정화해 효율적인 공기 음극 전극(FeMc-MoAl1-xB)을 구현했다.

3단계 공정을 통해 제작한 이 전극은 독특한 전자 상태를 형성해 산소반응 속도와 산소환원반응 속도를 동시에 향상시켰다는 특징이 있다.

특히 전극 표면에서 향상된 산소반응 속도로 인해 개발된 아연-공기전지는 168 mW/cm²의 높은 피크 전력밀도를 나타내며, 고농도 전해질 상에서도 800시간 이상의 우수한 충·방전 내구성을 보여줬다.

이같은 연구 결과는 현재 아연-공기전지 산업계에서 개발하고자 하는 높은 에너지 밀도와 우수한 안정성뿐만 아니라 짧은 충전시간과 제작비용 감소라는 어려운 난제들을 동시에 충족시킬 수 있어 차세대 아연-공기전지 산업에서 초고효율 고내구성 산소 전기촉매 개발에 관한 획기적인 기술적 방안을 제시해 관련 산업 분야에 큰 파급효과를 미칠 것으로 기대된다.

이번 연구는 전북대 나노융합공학과 남성웅 석사과정생이 주도했으며, 에너지 소재분야의 세계적 최우수 학술지인 『Energy & Environmental Science』(IF: 32.4, JCR: 상위 0.5%)에 개재됐다. 

이중희 교수는 “이번 연구로 개발된 고성능 아연-공기전지 음극소재는 기존 상업용 소재보다 제작비용이 약 60배 저렴해 공기-아연전지의 실용화에 크게 기여할 것”이라며 "학계와 산업계의 협력을 통해 조기 상용화를 목표로 연구에 매진하겠다"고 말했다.

/장은성 기자