공기로 충전하는 배터리, 값싼 철로 성능 '껑충'

공기로 전기를 만드는 차세대 '아연공기전지'의 성능을 값싼 철로 크게 높이는 기술이 개발됐다.

일본 도호쿠대 첨단재료과학연구소(AIMR) 연구팀은 철 산화물 기반의 새로운 촉매를 이용해 아연공기전지의 효율을 획기적으로 개선했다고 11일(현지시간) 밝혔다.

아연공기전지는 외부 공기 중의 산소를 끌어와 전기를 생산하는 방식으로, 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받는다. 그러나 공기 중 산소를 활용하는 '산소환원반응'(ORR) 속도가 느려 상용화에 걸림돌이 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 흔하고 저렴한 재료인 철 산화물(FeO)에 사마륨 산화물(SmO)을 결합한 새로운 촉매를 개발했다. 두 물질의 경계면에서 전하가 재분배되며 반응 속도를 늦추던 과정이 약화돼 전체적인 반응 속도가 빨라지는 원리다.

새 촉매를 적용한 아연공기전지는 높은 활성과 안정성을 보였으며, 소형 LED 램프를 켜고 스마트폰을 충전하는 데 성공해 실용화 가능성을 입증했다.

하오 리 도호쿠대 교수는 "이번 연구는 저렴하고 지속가능한 청정에너지 기술에 더 가까워졌음을 의미한다"며 "귀금속을 쓰지 않는 고효율 촉매 개발을 통해 더 저렴하고 오래가는 에너지 장치를 만들 수 있을 것"이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 웨어러블 기기, 전기차, 신재생에너지 저장장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 내용은 지난 5월 25일 국제학술지 '앙게반테 케미 국제판'(Angewandte Chemie International Edition)에 게재됐다.