차세대 아연-공기전지용 신 촉매 개발 - 전기자동차용 리튬이온전지를 대체할 수 있는 획기적 전기 마련, ‘Nature Communications’ 발표-
연구 결과 개요
2. 연구내용
○ 아연-공기전지의 산소 환원 반응속도를 향상시키는 촉매 개발
○ 탄소나노튜브의 표면에 4-aminopyridine(4-AP)라는 유기물을 흡착시킨 뒤, Iron phthalocyanine(FePc)이라는 물질을 4-AP위에 결합시켜 촉매 합성. FePc는 사람 몸속의 단백질복합체인 cytochrome c oxidase(시토크롬C 산화효소)의 구성성분인 iron(II)-porphyrin(철 포르피린)을 함유하고 있는데 여기서 철이 물의 분해반응을 빠르게 촉진하는 역할을 함.
○ 일반적으로 하나의 철과 네 개의 질소가 결합하여 산소가 환원할 수 있는 장소를 만들어 줌. 하지만 이 촉매의 경우 FePc 자체가 하나의 철과 네 개의 질소가 결합되어 있는 형태이며, 여기에 아래쪽의 4-AP에 있는 하나의 질소가 철에 추가적으로 결합이 되어 하나의 철에 다섯 개의 질소가 결합되어 있는 구조를 가짐. 이러한 구조는 기존구조에 비해 산소를 보다 효과적으로 환원시킬 수 있음.
○ 기존 백금을 대체하는 탄소 기반의 촉매의 경우 800 ℃ 이상의 고온에서의 열처리가 필요하였으나, 이번 연구를 통해 저온에서 촉매를 합성할 수 있는 방법을 개발하여 에너지적인 측면에서 굉장한 이점을 가짐.
차세대 아연-공기전지용 신 촉매 개발
네 개의 질소와 하나의 철이 결합하여 무엇이 환원할 수 있는 자리를 만들어 줄까
산소