KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 느린 황 반응 촉진하고 전극 보호막 만드는 니켈 단원자 촉매 개발

  • 구름많음충주20.7℃
  • 흐림북창원24.4℃
  • 구름많음거창22.9℃
  • 구름많음제주24.3℃
  • 맑음북춘천20.8℃
  • 맑음대관령18.2℃
  • 구름많음남해23.9℃
  • 구름많음울릉도21.5℃
  • 맑음제천20.6℃
  • 구름많음밀양25.6℃
  • 구름많음전주21.9℃
  • 맑음보령22.2℃
  • 맑음동해20.8℃
  • 구름많음여수23.9℃
  • 구름많음강진군21.9℃
  • 맑음이천22.2℃
  • 구름많음구미23.2℃
  • 구름많음창원23.7℃
  • 맑음강릉20.9℃
  • 맑음부안22.2℃
  • 구름많음성산25.3℃
  • 구름많음고흥23.6℃
  • 맑음천안20.9℃
  • 구름많음보은20.6℃
  • 흐림울산22.7℃
  • 흐림북부산25.9℃
  • 구름많음의성21.2℃
  • 흐림임실20.9℃
  • 흐림남원21.5℃
  • 맑음봉화21.6℃
  • 흐림통영24.2℃
  • 맑음파주20.1℃
  • 구름많음영주20.6℃
  • 구름많음문경21.9℃
  • 구름많음광주22.8℃
  • 구름많음진주22.6℃
  • 구름많음고창군20.4℃
  • 구름많음함양군24.2℃
  • 구름많음고창20.7℃
  • 구름많음순천21.7℃
  • 맑음청송군21.8℃
  • 구름많음흑산도20.4℃
  • 맑음속초20.9℃
  • 흐림김해시24.3℃
  • 맑음서울21.2℃
  • 맑음홍성21.1℃
  • 흐림진도군20.9℃
  • 맑음백령도20.2℃
  • 맑음홍천20.9℃
  • 맑음서귀포27.7℃
  • 구름많음장흥22.0℃
  • 구름많음정읍20.2℃
  • 구름많음광양시25.5℃
  • 흐림거제23.5℃
  • 구름많음경주시25.3℃
  • 맑음서산21.3℃
  • 흐림금산19.4℃
  • 흐림해남22.3℃
  • 맑음철원20.2℃
  • 구름많음영덕20.8℃
  • 맑음인천21.2℃
  • 구름많음서청주20.3℃
  • 맑음동두천℃
  • 맑음안동21.2℃
  • 구름많음순창군20.6℃
  • 맑음원주20.5℃
  • 구름많음영광군21.1℃
  • 흐림고산21.8℃
  • 구름많음보성군23.1℃
  • 맑음수원21.0℃
  • 맑음청주22.1℃
  • 흐림양산시26.4℃
  • 구름많음대구22.5℃
  • 흐림완도23.2℃
  • 맑음대전21.4℃
  • 맑음태백20.4℃
  • 맑음양평21.2℃
  • 맑음춘천21.8℃
  • 구름많음목포21.5℃
  • 구름많음추풍령18.1℃
  • 맑음영월21.6℃
  • 맑음인제19.8℃
  • 흐림부산25.3℃
  • 구름많음산청23.3℃
  • 맑음북강릉21.3℃
  • 구름많음강화19.8℃
  • 맑음부여21.4℃
  • 구름많음의령군24.1℃
  • 구름많음세종19.8℃
  • 구름많음포항22.6℃
  • 흐림장수18.9℃
  • 구름많음합천24.2℃
  • 구름많음상주20.0℃
  • 구름많음영천23.6℃
  • 맑음정선군21.6℃
  • 흐림울진20.4℃
  • 맑음군산21.3℃

포스텍 연구팀, 느린 황 반응 촉진하고 전극 보호막 만드는 니켈 단원자 촉매 개발

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2026-09-22 10:15:02
아연 전극 안정성 높이고 원자 하나 수준의 니켈 촉매로 느린 황 반응 개선
고성능 비수계 아연 기반 배터리 설계에 새로운 방향 제시할 것 기대

포스텍 연구팀이 느린 황 반응과 전극 불안정성이라는 아연-황 전지의 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 니켈 단원자 촉매를 개발했다.

 

▲ 포스텍 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수(왼쪽 사진부터), 포스텍 화학공학과 통합과정 지준혁 씨, 포스텍 배터리공학과 통합과정 김동우 씨. [포스텍 제공]

 

포스텍은 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수, 화학공학과 통합과정 지준혁 씨, 배터리공학과 통합과정 김동우 씨 연구팀이 포항가속기연구소 연구진과의 공동 연구를 통해 물을 쓰지 않는 비수계 아연-황 전지에서 느린 황 반응을 촉진하는 니켈 단원자 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다.

 

이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'에 게재됐다.

 

아연은 땅속에 풍부하게 묻혀 있는 데다 값도 저렴할 뿐 아니라 저장 용량이 큰 '황'과 짝을 지으면 경제성과 성능을 동시에 잡을 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다.

 

그러나 아연 전지는 대부분 물을 기반으로 한 전해질을 써왔는데 충·방전을 반복하다 보면 물이 분해되며 가스가 생기거나 아연이 전극 표면에 삐죽삐죽 뾰족하게 쌓이는 '덴드라이트'가 자라나는 등 부작용이 나타났다.

 

물 대신 유기용매를 쓰는 '비수계' 전해질이 대안으로 떠올랐지만 무거운 아연 이온이 잘 움직이지 못하고 황이 다른 물질로 바뀌는 반응마저 느려지는 새로운 벽에 부딪혔다.

 

연구팀이 '니켈 단원자 촉매'로 문제를 풀었다. 질소가 섞인 탄소 소재 위에 니켈 원자를 하나하나 흩뿌리듯 올렸다. 이렇게 떨어져 있는 니켈은 주변 질소와 손을 잡고 특별한 구조를 이루는데 이 구조가 황이 반응할 때 넘어야 할 에너지 문턱을 낮춰 굼떴던 황 반응에 속도를 붙였다.

 

놀라운 점은 이 촉매가 '두 가지 일'을 동시에 해냈다. 니켈 단원자 촉매는 반응만 빠르게 만든 게 아니라 전극과 전해질 사이에 불화아연이 풍부한 튼튼한 보호막이 생기도록 했다.

 

덕분에 쓸데없는 부반응은 줄고 아연 이온은 한결 매끄럽게 오갔다. 원자 하나짜리 촉매가 반응을 재촉하는 '촉진제'이면서 전극을 지키는 '방패 제작자'도 해낸 셈이다.

 

그 결과, 니켈 단원자 촉매를 넣은 아연-황 전지는 400번을 충전하고 방전하는 혹독한 반복 시험에서도 촉매를 쓰지 않은 전지보다 훨씬 안정적인 성능을 보였다. 특히 비수계 전해질의 안정성은 지키면서 느린 황 반응까지 잡아내는 새로운 아연-황 전지 설계 전략을 제시했다는 점이 큰 연구성과이다.

 

김원배 교수는 "촉매가 반응 속도를 높이는 데 그치지 않고 안정적인 전극 보호막 형성까지 이끈다는 점에서 고성능 비수계 아연 기반 배터리 설계에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대한다"고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]