๋๊ตญ์์
๋๊ตญ๋ ๊ถ์์ฒ ๊ต์ ์ฐ๊ตฌํ, ์ด๊ณ ์ฑ๋ฅ ๊ธ์-๊ณต๊ธฐ 2์ฐจ ์ ์ง ๊ฐ๋ฐ ์ํ ์๊ทน์ ์ด๋งค์ ์ผํจ์์ ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ํน์ฑ ์ต์ ํ ์ฑ๊ณต
๋ค์ค๊ธ์ํฉ๊ธ์ด๋งค์ ์๋ ์ตํฉ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ๋ฐ ์๋์ง ๋ ๋ฒจ ์์ธก ์ฑ๊ณต
3์ฐจ์ ์ฝ๋ฐํธ ๋์ด์ค๋ธ ์ฅ์ฌ์ด๋ (CoNb2O6) ๋๋
ธํ๋ธ ๊ตฌ์กฐ์ฒด ์์ 6:4 ๋น์จ์ ๋์ผ์ (Ag0.6Ni0.4)์ ์ ์ธตํ ๊ณ ์ฑ๋ฅ 2์ (dual-phase) ์ ๊ธฐํํ์ด๋งค ์์ฌ ํฉ์ฑ
๊ธฐ์กด Zn-Air (๊ธ์-๊ณต๊ธฐ) 2์ฐจ ์ ์ง ์ถฉ์ ์ฉ๋์ 1.4๋ฐฐ, ์์ ์ฑ 3.8๋ฐฐ ์ด์์ผ๋ก ํ๊ธฐ์ ์ผ๋ก ๋์ฌ
์๋์ง·ํ๊ฒฝ ๋ถ์ผ ์ต์์ ๊ตญ์ ํ์ ์ง์ธ ‘Applied Catalysis B: Environmental’ ์ต์ ํธ ๊ฒ์ฌ

๋ชจ๋ฐ์ผ ์ ์๊ธฐ๊ธฐ, ์ ๊ธฐ ์๋์ฐจ ๋ฑ 2์ฐจ ์ ์ง์ ์์ฉ ๋ถ์ผ๊ฐ ๋์ด์ง์ ๋ฐ๋ผ ์์๋ ๊ณ์ํด์ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์๋ค. ๊ธฐ์กด ๋ฆฌํฌ์ด์จ ๊ธฐ๋ฐ์ 2์ฐจ ์ ์ง๋ ํญ๋ฐ ์ํ์ฑ๊ณผ ์ถฉ์ ์ฉ๋ ํ๊ณ ๋ฑ์ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์๋ ๋ฐ๋ฉด, Zn-Air (๊ธ์-๊ณต๊ธฐ) ์ ์ง๋ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์๋์ง ๋ฐ๋, ๋ฎ์ ๊ฐ๊ฒฉ, ๋์ ์์ ์ฑ ๋ฑ ์ฌ๋ฌ ์ฅ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์์ด ๊ธฐ์กด ๋ฆฌํฌ์ด์จ ์ ์ง์ ๋นํด ์ฐ์ํ 2์ฐจ ์ ์ง๋ก ํ๊ฐ๋ฐ๊ณ ์๋ค.
ํ์ง๋ง Air ์ ์ด๋ฉด์ ์ฌ์ฉ๋๋ ํ์ ์๊ทน์ ํจ์จ์ ์ธ ์ ๊ธฐํํ์ OER-ORR (์ฐ์ ๋ฐ์-์ฐ์ ํ์ ๋ฐ์)์ด ์ผ์ด๋์ง ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ ์๋ก์ด ๊ณ ํ์ฑ ์ด๋งค์ ๊ฐ๋ฐ์ด ์๊ตฌ๋์ด ์๋ค. ์ด์, ์๊ณผ ๋์ผ ๊ธ์์ ๋ฐ์ด๋ ์ ๊ธฐํํ ์ด๋งค ํน์ฑ์ ๊ฐ์ง๋ฏ๋ก, ์ด๋ฅผ ๋ค์ค ๊ธ์ ํฉ๊ธ์ผ๋ก ์ ์กฐํ์ฌ ๊ทธ ๋ฌผ์ฑ์ ๊ทน๋ํ์์ผ ์ ์ง์ ์ฑ๋ฅ๊ณผ ์์ ์ฑ์ ๋์์ ๋์ผ ์ ์๋ ์ฐ๊ตฌ์ ํ์์ฑ์ด ๋๋๋๊ณ ์๋ค.

๋๊ตญ๋ ์ตํฉ์๋์ง์ ์์ฌ๊ณตํ๊ณผ ๋ฐ๋ผ ์ฐ๊ตฌ ๊ต์ (์ 1์ ์), ๊ถ์์ฒ ๊ต์ (๊ต์ ์ ์) ์ฐ๊ตฌํ์ ์์ฐจ์ ์์ด ํฉ์ฑ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์ฌ ์ ๊ท 3์ฐจ์ ๊ธ์์ฐํ๋ฌผ ๋๋ ธํ๋ธ ๊ตฌ์กฐ์ฒด (CoNb2O6, ์ฝ๋ฐํธ ๋์ด์ค๋ธ ์ฅ์ฌ์ด๋)์์ ํน์ ๋น์จ๋ก ํฉ๊ธ๋ ๋ค์ค๊ธ์ํฉ๊ธ ๋๋ ธ์ ์ (AgNi, ๋์ผ์)๋ฅผ ์ ์ธตํ์ฌ ์๋ก์ด 2์ (Dual-phase) ์๊ทน์ฌ ์ด๋งค์์ฌ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐํ๋๋ฐ ์ฑ๊ณตํ๋ค.
๊ถ ๊ต์ ์ฐ๊ตฌํ์ AgNi ๋ค์ค๊ธ์ํฉ๊ธ ์ด๋งค์ ์๋ ์ตํฉ๋น๊ฐ ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ๋ฐ ์๋์ง ๋ ๋ฒจ ์กฐ์ ์ ํฐ ๊ธฐ์ฌ๋ฅผ ํ ์ ์๋ค๋ ์ ์ ์ฐฉ์ํ์ฌ, ๋ฐ๋ ๋ฒํจ์ ์ด๋ก ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ “๊ฐ์ ๊ฒฐ์ ๊ทผ์ฌ” (Virtual Crystal Approximation, VCA)๋ฅผ ์ํํ๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ ์๊ณผ ๋์ผ์ ์๋ ์ตํฉ๋น๊ฐ 6:4 ๊ฐ ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ต๋ ์ ๊ธฐ ์ ๋๋ (σ)๋ ~ 2 × 107 S•cm-1 , ์ผํจ์ (work function)์ -5.4 eV ์ ๋๋ฌํ ์ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ธก๋๋ค.
์ด ์ ๋ณด๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก OER ์ญํ ๋ด๋นํ ์ ์๋ 3์ฐจ์ ๋๋
ธํ๋ธ ๊ตฌ์กฐ์ฒด (์ฝ๋ฐํธ ๋์ด์ค๋ธ ์ฅ์ฌ์ด๋, CoNb2O6)๋ฅผ ์์ด ํฉ์ฑํ๊ณ , ์ด 3์ฐจ์ ๊ตฌ์กฐ์ฒด ์์ ๋ค์ ํ ๋ฒ ์์ฐจ์ ์์ดํฉ์ฑ์ ํตํด ORR ์ญํ ์ ๋ด๋นํ ์ ์๋ 6:4 ๋น์จ์ ๋์ผ์ ๊ธ์๋ค์คํฉ๊ธ ๋๋
ธ ์
์๋ฅผ ๊ท ์ผํ๊ฒ ์ ์ธตํ์ฌ ์ ๊ท ๊ณ ์ฑ๋ฅ 2์ ์ด๋งค ์์ฌ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐํ๋๋ฐ ์ฑ๊ณตํ๋ค.
ํนํ, ์ด๋ ๊ฒ ๊ฐ๋ฐ๋ 2์ ์ด๋งค ์์ฌ๋ ๊ธฐ์กด ํ์ ์๊ทน์ฌ์ ๊ธฐ๊ณต์ ํก์ฐฉ๋์ด ๋ฐ์ ํ๋ฉด์ ์ ๋ํ๊ณ , ์ ์, ์ด์จ, ๋ฌผ์ง ์ ๋ฌ์ ์ํํ๊ฒ ํ์ฌ ๊ธฐ์กด ํ์ ์ ๊ทน ๋๋น ๋์ ์ด๋งค ํ์ฑ ๋ฐ Zn-Air (๊ธ์-๊ณต๊ธฐ)์ ์ง์ ์ฑ๋ฅ์ ๋ณด์๋ค. ํนํ, 2์ ์ด๋งค์์ฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ Zn-Air ์ ์ง๋ ์ถฉ์ ์ฉ๋ 806.8 mAhg-1์ ๋ฌ์ฑํ์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ๋จ์ผ ๊ธ์์ฐํ๋ฌผ ์ด๋งค๋ฅผ ์ฌ์ฉํ Zn-Air ์ ์ง 576.6 mAhg-1 ๋๋น 1.4๋ฐฐ ์ด์ ์ฆ๊ฐ๋ ์์น์ด๋ค. ๋ํ, ํจ์จ์ ์ด๊ณ ๊ท ํ์ ์ธ OER-ORR ๋ฐ์์ ํตํด, 2์ ์ด๋งค Zn-Air ์ ์ง์ ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ฑ๋ฅ์ 587์๊ฐ์ผ๋ก์, ๋จ์ผ ์ด๋งค๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ ์ง (156์๊ฐ)์ ๋นํด 3.8๋ฐฐ ์ด์ ํ๊ธฐ์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค.
๊ถ์์ฒ ๊ต์๋ “์ด๋ฒ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ๊ธ์๋ค์คํฉ๊ธ ์ ๊ธฐํํ ์ด๋งค์ ์๋ ์ตํฉ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๊ธฐ์ , ๋ฌผ๋ฆฌ์ ํน์ฑ์ ๊ทน๋ํ ๋ฐ ์์ ํ ํ ์ ์๋ ๊ธฐ์ ์ ์์ฑํ๋ค. ์ด ๊ธฐ์ ์ ํตํด ์๋ก์ด ๊ณ ์ฑ๋ฅ 2์ ์ ๊ธฐํํ์ ์ด๋งค์์ฌ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐํ๋๋ฐ ์ฑ๊ณตํ๊ณ , ์ด๋ ๊ธฐ์กด ํ์ ์ ๊ทน์ ํก์ฐฉํ์ฌ ๋ณด๋ค ๋์ ํ๋ฉด์ ๊ณผ ํจ๊ป ํจ์จ์ /๊ท ํ์ ์ธ OER-ORR (์ฐ์๋ฐ์-์ฐ์ํ์ ๋ฐ์)์ ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ํ์ฌ, ์ด๊ณ ์ฑ๋ฅ/์์ ์ฑ์ ์ฐจ์ธ๋ Zn-Air 2์ฐจ ์ ์ง๋ฅผ ๊ตฌํํ ๊ฒ์ ์๋ฏธ๊ฐ ์๋ค”๋ฉฐ “๊ฐ๋ฐ๋ 2์ ์ด๋งค๋ฅผ ํฌํจํ ํ์ ์ ๊ทน์ ํ์ฐ์น ์ ํ์ ์์๋ 160์๊ฐ๋์ ์์ ์ ์ผ๋ก ์ด์ฉ์ด ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ์ฐจ์ธ๋ ๋ฐ๋งํ ๋๋ ํ๋ ์๋ธ 2์ฐจ ์ ์ง ์์ฉํ์ ํ๊ฑธ์ ๋ ๋ค๊ฐ๊ฐ ์ ์์ ๊ฒ”์ด๋ผ๊ณ ๊ธฐ๋๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค.
์ด๋ฒ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ ์ค๊ฒฌ์ฐ๊ตฌ์์ง์์ฌ์
, ์ฐฝ์๋์ ์ฐ๊ตฌ์ง์์ฌ์
์ง์ ๋ฑ์ผ๋ก ์ํ๋์ผ๋ฉฐ, <High-performance rechargeable metal–air batteries enabled by efficient charge transport in multielement random alloy electrocatalyst>๋ผ๋ ์ ๋ชฉ์ผ๋ก ์๋์ง·ํ๊ฒฝ ๋ถ์ผ ์ต์์ ๊ตญ์ ํ์ ์ง ใApplied Catalysis B : Environmentalใ(IF=24.319) ใ 2023๋
3์ 14์ผ ์จ๋ผ์ธ์ ๊ฒ์ฌ๋๋ค.

< “๊ฐ์ ๊ฒฐ์ ๊ทผ์ฌ (VCA)” ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ด์ฉํ AgNi (๋์ผ์) ๋ค์ค๊ธ์ํฉ๊ธ ์ด๋งค์ ์ตํฉ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋์ง ๋ ๋ฒจ๊ณผ ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ํน์ฑ ์์ธก>
(a) Ag ์ Ni์ ์๋ ์ตํฉ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ ์์ธก, (b), (c), (d) Ag์ Ni์ ์๋ ์ตํฉ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฐ๊ฐ ์ผํจ์, ์ ๊ธฐ์ ๋๋, ์๊ธฐ๋ชจ๋ฉํธ ๋ณํ ์์ธก.
* ๋ณธ ์๋ฃ์ ๊ด๋ จ๋ ๋ฌธ์๋ ๋๊ตญ๋ถฤว๊๊ต ๊ถ์์ฒ ๊ต์ (02-2260-3678, kwansc12@dongguk.edu)์๊ฒ ํด์ฃผ์๊ธฐ ๋ฐ๋๋๋ค.