조재필 UNIST 교수팀, 휘발유보다 센 '알루미늄-공기 흐름 전지' 개발

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알루미늄-공기 흐름 전지를 이용해 전기에너지 생산하는 실험 장면.
<알루미늄-공기 흐름 전지를 이용해 전기에너지 생산하는 실험 장면.>

휘발유보다 에너지 효율이 높은 전지가 개발됐다.

UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 조재필 교수팀은 휘발유 자동차보다 에너지 효율이 높은 전기차용 '알루미늄-공기 흐름 전지'를 개발했다고 13일 밝혔다.

이 전지는 기존 리튬이온전지보다 가볍고 오래 사용할 수 있으며 폭발 위험성도 없는 전지 시스템이다. 충전 대신 교체하는 방식이라 느린 충전 문제도 해결할 수 있다.

'알루미늄-공기 흐름 전지'는 금속(연료)을 공기와 반응시켜 전기를 얻는 '금속-공기 전지'의 일종이다. 특징은 충전해 사용하는 이차전지가 아니라 방전만 되는 일차전지라는 점이다.

'금속-공기전지'는 기존 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 높다. 적용 금속 가운데 알루미늄이 가볍고, 값싸며, 이론적 용량도 리튬보다 크고, 폭발하지 않는다는 장점 때문에 주목받아왔다.

하지만 '알루미늄-공기 전지'는 작동 과정에서 알루미늄 부산물이 쌓여 성능이 떨어진다.

조 교수팀은 이를 '전해액 흐름'이라는 방식으로 해결했다. 전지에 펌프를 도입해 전해액을 흐르게 하고, 부산물도 쌓이지 않게 했다.

조재필 교수
<조재필 교수>

공기를 받아들이는 전극에서 반응을 활성화하는 '고성능 촉매(은-망간 산화물 나노플레이트 촉매)'도 새로 개발해 적용했다. 이 촉매는 폭발 위험성은 없애고 에너지 밀도는 높여 전기차 주행거리를 늘려준다.

개발한 전지를 전기차에 적용하면 알루미늄 금속만 교체하면 된다.

실험 결과, 알루미늄-공기 흐름 전지의 방전 용량은 기존 전지 대비 17배나 높았다. 새로 개발한 은-망간산화물 기반 촉매는 성능 면에서 기존 백금계 촉매에 뒤지지 않고, 가격 경쟁력은 더 높다.

조재필 교수는 “알루미늄 전극의 침전 문제를 '전해액 흐름' 기술로 극복하고, 공기 전극에는 고성능 촉매를 적용해 고에너지 밀도를 달성했다”면서 “전지에 적용한 알루미늄의 에너지 밀도는 1kg 당 2500Wh로 한 번 교체에 700km를 달릴 수 있다”고 말했다.

이 연구 성과는 '네이처 커뮤니케이션즈' 9월 13일자에 실렸다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com

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