국내 연구진이 기존 리튬이온 배터리보다 안전하면서도 저렴한 차세대 배터리를 개발했다.
강정구 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구진이 한병찬 연세대 교수 연구진, 최상일 경북대 교수 연구진, 정형모 성균관대 교수 연구진과 함께 아연-공기 전지에 적용할 촉매 물질과 이를 활용한 배터리를 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘에너지 스토리지 머터리얼스(Energy Storage Materials)’에 1월 14일 게재됐다.
현재 전기차, 스마트폰 등 다양한 산업에서 사용되는 리튬이온 배터리는 충전 효율이 높지만 화재 위험이 크고 원자재 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 반해 아연-공기 배터리는 값싼 아연과 공기 중 산소를 활용해 전기를 만들기 때문에 원가가 낮고 안전성이 뛰어나다는 장점이 있다.
하지만 아연-공기 배터리는 충전과 방전 시에 전극에서 화학 반응을 일어나게 하는 촉매가 필요하다. 지금까지 사용된 백금, 이리듐 등 귀금속 기반 촉매는 비용이 높아 상용화가 어렵다는 한계가 있었다.
연구진은 이에 금속과 산소가 결합한 전이금속 산화물을 기반으로 촉매 물질을 개발했다. 실험 결과, 해당 촉매 물질은 아연-공기 배터리에 사용할 경우 귀금속 기반 촉매보다 높은 활성도와 안정성을 보였다. 또한 연구진은 인공지능(AI) 기술을 활용해 촉매 내부의 원자들이 어떻게 반응하는지를 분석해 최적의 촉매 구조를 밝혀냈다.
연구진은 해당 촉매를 활용해 아연-공기 배터리를 구현해 냈다. 제작된 아연-공기 배터리는 리튬이온 배터리를 뛰어넘는 에너지 밀도를 보였으며, 원료 비용이 저렴하고 안전성도 뛰어난 것으로 확인됐다. 이러한 특성 덕분에 추후 전기차, 웨어러블 전자기기 등 다양한 산업에 적용될 가능성이 크다.
강정구 교수는 “이번 연구로 개발된 차세대 촉매 소재는 가격 경쟁력과 더불어 높은 촉매 활성도로 인해 아연-금속 공기 전지의 상용화에 기여할 수 있다ˮ며 “중·소형 전력원뿐만 아니라 향후 전기 자동차까지 활용 범위를 확대해 적용할 수 있을 것ˮ이라고 덧붙였다.
참고 자료
Energy Storage Materials(2025), DOI : https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104040
