[인더스트리뉴스 정승훈 기자] 에너지 저장장치 시장에서 리튬이온 배터리(LIB)는 높은 점유율을 차지하고 있지만 화재 위험성과 높은 원가가 단점으로 꼽힌다. 이에 국내 연구진이 리튬이온 배터리를 대체할 안전하고 고효율적인 ‘아연-공기 배터리’ 개발에 성공했다.

KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 연세대, 경북대, 성균관대 연구진과 협력해 새로운 촉매를 적용한 차세대 아연-공기 배터리를 개발했다고 4일 발표했다.

아연-공기 배터리는 음극에 아연 금속을 사용하고 공기 중 산소를 양극 반응에 활용하는 친환경 배터리다. 원료가 풍부해 가격이 저렴하고 에너지 밀도가 높아 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 기존 기술로는 충·방전 과정에서 산소 환원(ORR) 및 산소 발생(OER) 반응을 촉진할 고효율 촉매가 필수적이었다. 일반적으로 사용되는 백금·이리듐 기반 귀금속 촉매는 비용이 높아 상용화에 한계가 있었다.

이에 강 교수 연구팀은 새로운 이종기능 촉매를 개발해 기존 귀금속 촉매보다 높은 활성도와 안정성을 확보했다. 동시에 생산 비용도 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 갖췄다.

특히 연구팀은 AI 기반 ‘기계학습 힘장(Machine Learning Force Field)’ 기술을 도입해 원자 단위에서 촉매 반응 메커니즘을 분석했다. 기존 방법으로 어려웠던 수천만 개 원자로 구성된 계면구조와 반응 과정 예측을 가능하게 해 원자구조와 촉매 활성 매커니즘을 규명하는데 중요한 역할을 했다.

연구팀은 새롭게 개발한 촉매를 적용해 아연-공기 배터리를 제작했고 리튬이온 배터리를 뛰어넘는 높은 에너지 밀도를 확인했다. 아연-공기 배터리는 안정성이 뛰어나고 원료가 저렴해 전기차, 웨어러블 기기 등 차세대 에너지원으로 활용될 가능성이 크다.

강정구 교수는 “이번 연구로 개발된 촉매는 높은 성능과 가격 경쟁력을 갖춰 아연-공기 전지 상용화를 앞당길 것”이라며, “향후 소형 전력원뿐만 아니라 전기차 배터리 시장에서도 활용될 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘Energy Storage Materials’에 지난 1월 14일 게재됐다.

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