알칼리 이온의 재발견, ‘구경꾼’ 오명 벗었다
금속 이온, 전기화학 반응의 핵심 요소 재발견, 기존 교과서 정의 뒤집어
전기 | 조준상 기자 | 입력 : 2024.12.23
연구에 참여한 연구자들의 단체 사진. 왼쪽부터 오른쪽으로 한만호 박사, 최창혁 교수, 지상구 박사, 김민호 박사과정생, 김형준 교수, 오형석 박사(그림제공=포스텍 최창혁 교수)
전기화학 반응에서 단순한 전류 이동 보조자로 여겨졌던 알칼리 금속 이온이 반응을 조절하는 핵심 촉매라는 사실이 밝혀졌다. 한국연구재단은 포스텍 최창혁 교수, KAIST 김형준 교수, KIST 오형석 박사 공동 연구팀이 알칼리 이온의 새로운 화학적 결합 메커니즘을 규명했다고 17일 밝혔다.
교과서 뒤집은 알칼리 이온의 화학적 반응 참여 입증
리튬이나 나트륨 등 알칼리 금속 이온은 전기화학 반응에서 구경꾼 역할에 그치는 것으로 이해돼 왔다. 연구팀은 탄소 전극을 활용한 산소 환원 반응 관찰 과정에서 나트륨 이온의 전자 구조가 변화하는 현상을 포착했다. 이산화나트륨(NaO2) 화합물이 생성되면서 알칼리 이온과 산소 분자가 직접 화학적으로 결합한다는 점을 실험적으로 증명해 기존 학설을 뒤집었다.
칼리 금속 이온에 의한 반응 제어 메커니즘을 나타낸 모식도
연료전지 및 수전해 효율 제고 위한 설계 원칙 확보
이 결과는 전극과 전해질 간 상호작용을 고려하는 새로운 연구 방향을 제시한다. 알칼리 이온의 반응 제어 능력을 활용하면 연료전지와 수전해, 탄소 자원화 등 차세대 에너지 기술의 효율을 높일 수 있다. 연구팀은 실험 데이터를 바탕으로 에너지 경제의 핵심이 될 수 있는 시스템 설계 원칙을 제안했다.
과학기술정보통신부 지원으로 수행된 연구 성과는 촉매 분야 학술지 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)에 실렸다. 최창혁 교수는 알칼리 이온이 반응의 핵심 주체로 부각된 만큼 상용화 시스템 설계에 적용할 수 있는 연구를 지속할 계획이라고 밝혔다. 지능형 에너지 저장 및 변환 기술 개발에도 기여할 전망이다.
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