UNIST 연구진, 티타늄 표면 TiC로 코팅해 탄소집전체 부식 억제…Adv. Func. Mater. 게재 UNIST(총장 이용훈）연구팀이 해수전지의 성능을 대폭 증가시키는 기술을 개발했다. 에너지화학공학과 이동욱 교수 연구팀은 해수전지에서 집전체로 쓰이는 티타늄(Ti)의 표면에 티타늄카바이드(TiC)라는 검정색 슈트를 입혀 탄소집전체의 부식현상(corrosion)을 억제해 냈다. 이를 체계적으로 분석하면, 향후 새로운 해수전지 금속 집전체 연구의 설계에 도움이 될 전망이다. 집전체는 전자가 이동하는 통로가 되는 소재를 일컫는다. 그 중 해수전지의 양극 집전체는 탄소 집전체와 티타늄 금속 집전체로 이뤄져 있다. 티타늄 금속 집전체는 해수와 작용했을 때 안정성이 높아 널리 사용되고 있다. 하지만 해수전지 및 다른 전지들에서 종종 발생하는 탄소집전체의 부식현상은 전지의 싸이클 안정성을 약화시키는 주요 원인으로 꼽힌다. 따라서 높은 안정성을 갖기 위해 탄소집전체의 부식을 억제하는 것은 무엇보다 중요하다. 연구팀은 이런 집전체의 부식을 막아 해수전지의 효율을 높이기 위한 방법을 고안했다. 연구팀이 개발한 TiC를 코팅한 티타늄(Black Ti)은 해수환경에서 화학적
울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이동욱 교수 연구팀이 홍합의 수중 접착력을 모방한 해수전지용 결착제(바인더) 물질을 개발, 전지 전극 성능을 개선했다고 13일 밝혔다. 연구팀에 따르면 해수전지의 양극은 탄소 섬유가 엮인 집전체(전기를 모으는 역할)와 섬유 표면의 촉매(전기가 모이고 나가는 화학 반응을 촉진) 입자로 이뤄져 있는데, 결착제는 촉매와 집전체를 접착시켜 고정하는 물질이다. 촉매와 집전체가 제대로 붙어 있지 않으면 과전압이 높아지고, 탄소 부식이 쉽게 일어나 전지 성능을 떨어뜨린다. 특히 일반적으로 연료전지에 사용되는 결착제인 이소불화비닐의 경우 유기 용매에서와는 달리 물속에서 접착력이 크게 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 이러한 한계점을 보완하고자 홍합의 접착 단백질 성분을 모방해 우수한 수중 접착성을 지닌 새로운 결착제를 합성했다. 개발한 결착제를 쓴 해수전지는 기존에 사용하던 결착제를 썼을 때보다 과전압이 최대 60% 이상 줄었고, 전극 성능(충·방전 과전압 차이)이 4배 정도 향상됐다. 전자현미경 관찰 결과 집전체의 부식도 크게 개선됐다. 또 결착제 내부에서는 촉매 입자가 검출됐는데, 이는 결착제가 집전체 부식 보호뿐만 아니라
헬로티 이동재 기자 | 바닷물로 수소를 저장하는 기술이 개발됐다. 수소를 고압에서 압축하거나 저온 액화시키는 기존 방법과 달리 상온·상압에서 수소를 저장하고 추출할 수 있는 새로운 기술이다. UNIST 에너지화학공학과 연구진들이 해수전지 기반 수소 저장 시스템을 개발했다. 해수의 염분 성분인 나트륨과 물을 반응시켜 수소를 뽑아내는 시스템이다. 기존 알칼리금속 수소 저장 기술은 한 번 반응한 금속의 재사용이 어려운 반면, 이 시스템은 해수전지가 지속적으로 나트륨을 ‘재생’시켜 사용 가능하다. 수소를 생산·저장할 수 있어 일석이조다. 상용화 가능성도 입증했다. 실제 시스템 작동 환경처럼 산소에 노출된 환경에서 99.1%의 패러데이 효율을 보였으며, 해수전지 크기를 실험실 수준의 약 40배 이상 (70㎠)으로 키운 시스템에서도 94.7%의 패러데이 효율을 기록했다. 장지욱 교수는 “무한한 자원인 바닷물을 이용하는 해수전지 시스템을 활용해 에너지 저장·수송과 수소 저장·생산이 동시에 가능한 신개념 수소 저장 기술을 선보였다.” 며 “이 시스템은 수소 생산과 충전을 동시에 할 수 있는 스마트 스테이션 등 수소 생산·저장·운송이 필요한 다양한 분야에 활용할 수 있다”고
헬로티 이동재 기자 | 해양특화전지(해수전지)를 이용해 바닷물을 살균·중화하는 기술이 상용화를 앞두고 있다. 울산에 위치한 선박 기자재 업체 ‘동성산기’는 UNIST와 함께 200L급 해수전지 기반 하이브리드 살균‧중화장치 개발에 성공, 제품 출시를 앞두고 있다. UNIST 에너지화학공학과 김영식 교수 연구팀은 해수전지를 활용한 바닷물 살균‧중화 기술을 개발했다. 바닷물 속 나트륨 이온을 이용해 전기를 충전, 방전하는 과정에서 살균 물질이 발생하는 것을 이용한 것이다. 해수전지를 충전하면 바닷물의 소금(NaCl) 성분 중 나트륨 이온(Na⁺)이 이동하며 염소가 생성되는데, 이 염소가 살균 물질로 작용해 박테리아나 병원균을 제거한다. 반대로 방전될 때는 살균 물질이 나트륨 이온을 만나 중화되면서 다시 소금으로 변한다. 이 기술은 배터리에 전기를 저장하고, 방출하는 과정에서 자연스럽게 살균‧중화가 가능하다는 특징이 있다. 기존에도 전기분해를 통한 살균기술은 존재했지만, 이 경우엔 별도의 중화장치를 설치하거나 중화를 위한 화학약품을 사용해야 하는 불편이 있었다. 김영식 교수는 “바닷물 살균은 육상 양식장의 소독이나 선박평형수 처리 등에서 필수적인 기술”이라며 “해
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