본 논문은 현재 상용화된 이차전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 리튬이온전지보다 이론 에너지 밀도가 훨씬 높아 전기 자동차 등의 차세대 에너지원으로서 활발하게 연구되고 있는 금속 공기전지의 양극 촉매 개발 연구에 대해 다룬다. 대기 중의 산소를 양극 활물질로 사용하는 금속 공기전지의 상용화를 위해서는 무엇보다도 전지의 충·방전시 공기극에서의 느린 산소발생 및 환원반응을 촉진하는 고효율의 이원기능 촉매 개발이 필요하다. 이를 위해 Pt/C, IrO2, RuO2 등 귀금속 기반의 촉매가 현재 사용되고 있으나, 제조단가가 높으며 낮은 선택성 및 내구성에 관한 문제점이 제기되고 있다. 따라서, 비귀금속계의 내구성을 지닌 고효율의 이원기능 촉매의 개발이 요구된다. 본 논문의 첫 번째 파트에서는 간단하고 저렴하며 대량생산이 가능한 전기방사법을 통해 아연 공기전지 (Zn-air battery)에 적용할 수 있는 나노로드 및 나노튜브 구조로 이루어진 일차원의 Co3V2O8 나노촉매를 개발하였다. 또한 촉매의 형태 및 구조가 촉매의 활성에 미치는 영향을 종합적으로 확인하기 위해 나노파티클 구조의 Co3V2O8 촉매를 합성한 후 그 성능을 비교하였다.
본 논문의 두 번째 파트에서는 이원기능의 Co-CoO/CNR 촉매를 합성하였고, 이를 리튬 공기전지에 적용하였을 시 100 mAh g-1의 전류밀도에서 10,569 mAh g-1 의 높은 방전용량을 얻었다. 이는 같은 전류 밀도에서의 CNR 촉매보다 1.5배 증가한 용량이며, 또한 1000 mAh g-1의 제한용량에서 86 사이클 이상의 안정적인 특성을 확인하였다. 이러한 기존의 낮은 안정성과 값비싼 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 새로운 양극촉매 개발에 관한 연구는 금속 공기전지의 상업화를 앞당기는 데 기여할 수 있을 것이다. ⓒ 2016 DGIST