UNIST 이동욱 교수팀, 홍합 접착력 모방한 바인더 물질 개발
이소불화비닐보다 과전압 60% 줄이고, 전극 성능 4배 향상
[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이동욱 교수팀이 홍합의 뛰어난 수중 접착력을 모방한 해수전지용 바인더 물질을 개발했다.
해수전지는 바닷물로 전기를 저장하고 꺼내 쓸 수 있는 친환경 에너지 저장장치다. 연구진이 해수전지의 전극을 이 바인더 물질을 만들어 과전압을 최대 60% 감소시켰다. 또 전극의 성능을 최대 4배까지 끌어올렸다.
공동 제1 저자인 최지은 연구원은 13일 "강력한 수중 접착력뿐만 아니라 탄소부식·촉매탈착 방지 특성을 갖춘 소재로 해수전지의 상용화를 앞당기는 데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
연구진은 홍합의 접착단백질에서 유래한 도파민을 이용해 탄소 섬유가 엮인 집전체와 섬유 표면에 발라진 촉매 입자를 고정시켜 양극을 만들었다.
바인더의 접착력에 따른 촉매와 집전체 표면의 안정성을 최적화하기 위해 함량을 조절하면서 테스트를 거쳤다. 그 결과, 접착력이 좋을수록 상호작용 에너지가 증가했다. 접착에너지를 계산하였을 때 상호작용 에너지와 같은 경향을 보여 촉매-집전체 표면 안정성을 이론적, 실험적으로 입증했다.
합성한 결착제를 촉매와 함께 탄소 집전체에 코팅해 전극을 만들었다. 이렇게 만들어진 전극을 해수전지에 적용해 작동시켰다.
합성한 결착제를 이용한 전극은 전반적으로 이소불화비닐을 활용하였을 때보다 과전압이 최대 60% 감소했다. 또 전극의 성능 또한 최대 4배까지 증가했다. 또한 표면을 이미지로 직접 관찰한 결과, 합성한 결착제를 활용하면 구동 후에도 촉매-집전체 계면뿐만 아니라 결착제 내부에서도 집전체와 함께 촉매의 존재가 확인됐다. 즉 합성된 결착제가 촉매를 집전체에 잘 붙이고 있어 탄소부식방지 뿐 아니라 촉매가 떨어지는 것까지 방지했다.
반면 이소불화비닐을 활용한 전극은 촉매가 집전체 표면에서 모두 떨어져 나갔을 뿐 아니라 이소불화비닐마저 벗겨져 나가 전극이 부식됐다.
이번 연구결과는 에너지·재료 분야 국제학술지 '재료화학 저널 A(Journal of materials chemistry A)'에 앞표지로 선정돼 지난 7일 자로 출판됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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