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[IT뉴스]"백금 없이도 된다"…연세대, 아연-공기전지 성능 끌어올린 '이중원자 촉매' 개발[과학을읽다]

온카뱅크관리자

2026-03-19 09:37:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">고분자 계면공학 기반 이중 철 활성점 구현…수명·출력 동시에 개선</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="HHjTHisAT4">
          <p contents-hash="bd5cf62f5d6ec3848e2330c6c12008643ff42182d705168dde91caf9523c8ec1" dmcf-pid="XXAyXnOcyf" dmcf-ptype="general">상용 백금 촉매를 뛰어넘는 성능의 비귀금속 촉매가 개발되면서, 차세대 에너지저장장치인 아연-공기전지 상용화의 핵심 병목이 풀릴 가능성이 제기됐다. 비용 부담이 큰 귀금속 촉매 의존도를 낮추면서도 성능을 끌어올릴 수 있는 기술이라는 점에서 산업적 파급력이 크다는 평가다.</p>
          <div contents-hash="2b254b08433ab37ef399f8dd7c4d8623ceec66019d435a5b9b2d718196607690" dmcf-pid="ZZcWZLIkWV" dmcf-ptype="general">
           <p>연세대학교 김정훈 화공생명공학과 교수와 박성민 신소재공학과 교수 공동 연구팀은 고분자 계면공학 기반의 이중 철(Fe) 활성점 구조를 활용해 고활성·고내구성 산소 환원 촉매를 개발했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 촉매 분야 최상위 학술지 '응용 촉매 B: 환경 및 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'에 게재됐다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1f3c87dd3af484d731e5bcff48b8143f0399feb667916a3e7ccb6a0f3fc3fc92" dmcf-pid="5qlpqrXSy2" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="금속유기골격체 기반 계면 제어를 통한 고밀도 이중 철 활성점 촉매 설계 전략. 연구팀 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/19/akn/20260319092839947nxon.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="YA9cr9nQh6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/19/akn/20260319092839947nxon.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            금속유기골격체 기반 계면 제어를 통한 고밀도 이중 철 활성점 촉매 설계 전략. 연구팀 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="18987407cedfe6426f254b6179813085a2cbc11427827770e5166e65d32fcb74" dmcf-pid="1BSUBmZvy9" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>"백금보다 높은 성능"…비귀금속 촉매 한계 돌파</strong></strong></strong></p>
          <p contents-hash="4ca49de1dcea39bfafd8ead4796c91842164e8d23078b7006d359a01b5953f52" dmcf-pid="tbvubs5ThK" dmcf-ptype="general">아연-공기전지는 높은 에너지 밀도와 경제성으로 차세대 배터리로 주목받아 왔지만, 공기극에서 일어나는 산소 환원 반응 속도가 느려 성능 향상에 한계가 있었다. 특히 기존 단일 원자 기반 철 촉매는 금속 원자가 뭉치거나 활성 구조가 제한돼 활성과 안정성을 동시에 확보하기 어려웠다.</p>
          <p contents-hash="adb22fbb920955ae171bbea2b1e94dbe3e68fd4aab504b065d148b6d20233b84" dmcf-pid="FKT7KO1yWb" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 해결하기 위해 고분자 계면 제어 전략을 도입했다. 금속유기골격체(MOF) 표면에 질소 함량이 높은 고분자를 균일하게 코팅한 뒤 탄화하는 방식으로, 서로 인접한 이중 철 활성점을 안정적으로 형성하는 데 성공했다. 이 과정에서 금속 응집을 억제하면서도 높은 철 함량과 원자 수준 분산 구조를 동시에 확보했다.</p>
          <p contents-hash="ee7b4e4992223f819b609ed537dfc1d98a132ac058edc8fa5f44050bd005f050" dmcf-pid="39yz9ItWWB" dmcf-ptype="general">그 결과, 개발된 촉매는 반파 전위 0.91V를 기록해 상용 백금(Pt/C) 촉매(0.86V)보다 우수한 산소 환원 성능을 보였다. 실제 아연-공기전지에 적용했을 때도 개방전압 1.46V, 최대 출력밀도 182mW/㎠, 300시간 이상의 안정적 충·방전 성능을 나타내며 높은 활성과 내구성을 동시에 입증했다.</p>
          <p contents-hash="4eb68bfab94985dc0d41c22fb3079cfb7e8200346746c133f6901c03522a180a" dmcf-pid="02Wq2CFYvq" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>"이중 활성점 협동 작용"…성능·확장성 동시에 입증</strong></strong></strong></p>
          <p contents-hash="b202c64b7db75f16e353d0b1bdde52c06bf5d0863f576e6b7cabc5602cbd7cdb" dmcf-pid="pVYBVh3GTz" dmcf-ptype="general">연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 성능 향상의 원리도 규명했다. 인접한 두 개의 철 활성점이 산소 분자를 보다 효율적으로 활성화하며, 특히 수산화 이온이 사전 흡착된 구조에서는 낮은 과전압(0.24eV)으로 반응이 진행되는 것으로 나타났다.</p>
          <div contents-hash="3d843f67a26fb871f2835caa86100e1ad042e73f6330091b71eb298eba8ef054" dmcf-pid="UfGbfl0HW7" dmcf-ptype="general">
           <p>이는 기존 단일 활성점(FeN4) 촉매 대비 유리한 반응 경로를 제공하는 것으로, 이중 활성점 간 협동 작용이 산소 환원 반응 성능을 끌어올리는 핵심 요인임을 보여준 결과다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7a585733fde5d9e4bc6d6625b961b252665d7e8bd18e3a4340fb18177a799d78" dmcf-pid="uiuMi1V7Cu" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구진 사진. 왼쪽부터 김동균 화공생명공학과 통합과정생, 정성현 화공생명공학과 통합과정생, 김정훈 화공생명공학과 교수, 송명준 신소재공학과 학생, 박성민 신소재공학과 교수, 한국전자기술연구원 박고등 통합과정학연생. 연세대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/19/akn/20260319092841300hvtx.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="GpPcr9nQW8" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/19/akn/20260319092841300hvtx.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구진 사진. 왼쪽부터 김동균 화공생명공학과 통합과정생, 정성현 화공생명공학과 통합과정생, 김정훈 화공생명공학과 교수, 송명준 신소재공학과 학생, 박성민 신소재공학과 교수, 한국전자기술연구원 박고등 통합과정학연생. 연세대 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="8c24e80a624f7821f0baeefb4e5e30ab1ba044d01c2649d29e48470966ba65e6" dmcf-pid="7n7RntfzlU" dmcf-ptype="general">또한 연구팀은 해당 공정이 그램 단위 합성에서도 동일한 성능을 유지한다는 점을 확인해, 대량 생산 가능성 측면에서도 의미 있는 성과라고 강조했다.</p>
          <p contents-hash="15a996a7caded5a5edc7af6e7d7294451dcc502f342bb04b60125e6b6e3186a6" dmcf-pid="zLzeLF4qCp" dmcf-ptype="general">김정훈 연세대학교 화공생명공학과 교수는 "이중 활성점 구조를 안정적으로 구현할 수 있는 계면 설계 전략을 제시한 것이 핵심"이라며 "차세대 금속-공기전지뿐 아니라 다양한 에너지 변환·저장 시스템으로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="249421dcce82b91f13b12bb662715752420e4d35b40b18f9e7eeff5ef157611d" dmcf-pid="qoqdo38BS0" dmcf-ptype="general">이번 연구에는 김동균 박사과정생을 비롯해 정성현·박고등·송명준 연구자가 공동 제1저자로 참여했으며, 한국전자기술연구원(KETI)이 이론 계산을 수행했다. 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 한국산업기술진흥원 산업혁신인재성장지원사업, 한국연구재단 LAMP 사업의 지원을 받아 진행됐다.</p>
          <p contents-hash="5c1a96cba54fe62c905738ff5299ca1cd9e1ef45eb2494826a4edf1a6ef16b3b" dmcf-pid="BgBJg06by3" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 아시아경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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