양이온 교환 공정 기반 코발트 수산화물 전극을 활용한 에너지 저장 및 변환 디바이스 적용 개념도

이원영 교수 연구팀 (제1저자 김용빈 박사과정생, 한승우 석박통합과정생)은 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Advanced Science (IF=14.1, JCR<9.4 %)에 구조적 우수성을 가지는 수산화 코발트 전극으로 전환하는 동시에 전자적 특성 및 결함 조절 농도에 대한 연구결과를 게재하였다.

알칼라인 수전해전지는 상온에서 그린수소 생산이 가능한 에너지변환시스템으로 주목받고 있으나, 기존 촉매의 낮은 활성과 고온 합성 조건의 제조 공정의 한계로 전기화학적 성능 향상에 한계가 있다.

성균관대학교 이원영 교수 연구팀은 바나듐 양이온 교환법을 적용해 메조다공성 코발트 수산화물 전극을 합성하였다. 고가의 바나듐 유입은 코발트의 산화 상태를 증가시키고 산소 결함 형성을 촉진한다. 이 공정은 상온에서 전극의 구조를 재구성하는 동시에 산소 공공과 코발트의 산화 상태를 효과적으로 제어해 산소 발생 활성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 개발된 전극은 차세대 수전해 시스템뿐만 아니라 슈퍼커패시터와 아연-공기전지에서도 우수한 성능을 구현함으로써, 특정 시스템에 국한되지 않는 범용 전극 설계 전략으로서의 가능성을 제시했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부 (2022R1A2C3012372, RS-2024-00448287), 한국 기후에너지환경부 (RS-2025-02654073)의 지원을 받아 수행되었다.

논문정보

https://doi.org/10.1002/advs.76610