해수전지 부품을 백금 대신 나무 찌꺼기로 만들었다

UNIST, 그리닌과 요소로 전극 감싸는 촉매 개발
과전압과 전력밀도 측정 결과 백금 촉매와 비슷

AI 제미니로 만든 해수전지 이미지.

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이동욱 교수팀은 바닷물에 녹아있는 나트륨 이온을 이용해 전기를 생산하고 저장하는 해수전지를 백금 대신 나무 찌꺼기로 저렴하게 만들었다고 18일 밝혔다. 나무 찌꺼기에서 나온 그리닌을 이용해 만든 해수전지는 과전압이나 전력밀도가 백금을 이용한 것과 근접한 수준을 보였다.

이동욱 교수는 "고가의 귀금속 촉매를 대체할 뿐만아니라, 바이오매스와 산업 폐기물의 가치를 극대화한 탄소중립적 접근법을 제시했다"며, "금속-공기 배터리 등 다양한 에너지 저장 시스템에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 해수전지 속 백금 촉매 대신 그리닌과 요소로 촉매를 만들었다. 리그닌은 나무의 15~35%를 구성하는 성분으로, 종이를 만드는 공정이나 바이오 연료 생산 과정에서 남는 부산물이다. 또 산업 폐수에 주로 포함된 요소는 질소가 많이 포함돼 있다.

이 리그닌을 800도에서 태운 뒤 요소와 같은 온도에서 반응시키면 리그닌 구석구석 질소가 달라붙어 고성능 촉매가 만들어진다. 리그닌을 구성하는 특정 탄소 원자 자리에 대신 들어간 질소는 방전에 필요한 에너지를 크게 낮추는 역할을 한다.

이렇게 만든 촉매를 해수전지 전극에 입혀 성능을 실험해 본 결과, 백금 촉매와 비슷한 성능을 보였다. 특히 전압 차는 0.71V로 백금 촉매(0.74V)보다 낮아 더 높은 효율성을 보였다. 과전압이 낮을수록 충전시킨 전기에너지 중 방전으로 뽑아 쓸 수 있는 에너지 비율이 높다. 또 최대 전력 밀도가 15.76㎽/㎠로 백금 촉매(16.15㎽/㎠)에 근접한 수준을 기록했다. 최대 전력 밀도는 방전 속도와 관련 있는 지표다.

특히 경제성 평가 결과, 새로 개발한 촉매의 생산 비용은 백금 촉매의 약 30% 수준으로 분석됐다. 이는 상업적 대규모 생산 시 더욱 낮아질 가능성을 보여준다.

연구진은 "실험실 규모의 고가 원료를 사용한 경우에도 경제적 이점을 확보했다는 것은 향후 산업 부산물 및 폐기물을 활용한 생산 공정 개발 시 높은 경제적 잠재력을 지니고 있다는 의미"라고 설명했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 해수전지용 촉매를 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 발표했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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