국내 연구진이 화재로부터 안전하고 값이 저렴한 아연 금속과 공기 중 산소로 구동되는 고에너지 밀도를 가진 고출력 차세대 전지를 개발했다.
KAIST(카이스트) 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 화재 위험이 없고 고효율을 자랑하는 차세대 아연-공기 배터리를 개발했다.
KAIST는 강정구 신소재공학과 교수 연구팀이 연세대, 경북대, 성균관대 연구팀과 공동 연구를 통해 인공지능(AI)을 활용해 화재 위험이 없고 고효율을 자랑하는 차세대 아연-공기 배터리를 개발했고 4일 밝혔다.
‘제2의 반도체’로 불리는 리튬이온 배터리(LIB)는 높은 시장 점유율을 자랑하지만 화재 위험이라는 치명적인 단점을 안고 있다. 이에 비해 아연-공기 배터리는 저렴한 아연 금속과 공기 중 산소를 활용해 안전성과 비용 효율성을 확보하면서도 높은 에너지 밀도와 출력을 구현할 수 있는 차세대 대안으로 떠오르고 있다.
강정구 교수 연구팀은 AI 기반 기계학습 기술을 접목해 충전 시 산소 발생(OER)과 방전 시 산소 환원(ORR)을 동시에 지원하는 이종기능 전기화학 촉매를 개발했다. 이 촉매는 값비싼 백금이나 이리듐 같은 귀금속 대신 저렴한 전이금속 산화물을 활용해 가격 경쟁력을 높였다. 기존 귀금속 기반 촉매를 넘어서는 활성도와 안정성을 입증했다.
특히 연구팀은 양자역학 기반 기계학습 힘장(Machine Learning Force Field)을 통해 촉매 계면 원자 구조와 반응 메커니즘을 규명했다. 이를 통해 개발된 아연-공기 완전셀은 리튬이온 배터리를 뛰어넘는 에너지 밀도를 달성했다. 이는 전기자동차와 웨어러블 전자기기 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
강정구 KAIST 교수는 "이번에 개발된 전이금속 산화물 기반 촉매는 높은 성능과 경제성을 바탕으로 아연-공기 배터리의 상용화를 앞당길 것"이라며 “중·소형 전력원뿐 아니라 전기자동차까지 활용 범위를 넓혀 미래 에너지 시장을 선도할 잠재력을 갖췄다”고 강조했다.
이번 연구는 KAIST 신소재공학과 최종휘 박사과정이 주도했다. 연구 결과는 에너지 저장 소재 분야 국제 학술지 ‘에너지 스토리지 머터리얼스(Energy Storage Materials)’에 지난 1월 14일 게재됐다.