은 나노촉매, 작동 방식에 따라 반응 위치 달라… 고체산화물 전지 성능 향상 기대

김형석 기자

작성일 2026-08-05 18:03

서울대학교 공과대학 정우철 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원(KBSI) 및 KAIST와 공동으로 은(Ag) 나노촉매의 새로운 작동 원리를 규명했다고 5일 밝혔다. 이번 연구는 은 나노촉매가 전기를 생산할 때와 수소를 생산할 때 서로 다른 위치에서 반응한다는 사실을 처음으로 밝혀냈으며, 차세대 고체산화물 전지의 성능 향상에 기여할 새로운 설계 원리를 제시했다.

고체산화물 전지는 산소 이온의 이동을 이용해 전기를 생산하거나 물을 분해해 수소를 만드는 장치로, 친환경 전력 생산과 수소에너지 활용의 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 실제 전극 내부의 복잡성으로 인해 나노촉매가 정확히 어느 위치에서 어떤 방식으로 반응을 돕는지 명확히 규명하기 어려웠다.

연구팀은 구조와 조성이 일정한 모델 전극과 규칙적으로 배열된 금속 나노입자를 활용해 촉매의 역할을 정밀 분석했다. 그 결과, 전기를 생산하는 산소환원반응에서는 은 나노입자와 전극이 맞닿는 경계 부분이 주요 반응 장소로 작용했으며, 수소를 생산하는 산소발생반응에서는 은 나노입자의 표면 자체가 중요한 반응 장소로 작용하는 것으로 나타났다.

또한 연구팀은 전압과 산소 농도를 조절하며 두 반응의 진행 과정을 비교 분석했다. 이를 통해 은 나노촉매가 산소환원반응에서는 산소가 전자를 받아들이는 과정을 돕고, 산소발생반응에서는 산소 원자들이 결합해 산소 분자로 빠져나가는 과정을 촉진한다는 사실을 확인했다.

이번 연구 결과는 재료·화학 분야의 세계적 학술지 'Energy & Environmental Science'에 게재되었으며, 우수성을 인정받아 'Outside Back Cover' 논문으로 선정되었다.

연구팀은 이러한 설계 원리가 실제 전지에 적용될 경우, 건물·공장용 분산발전 시스템의 발전 효율을 높이고 재생에너지 기반 수소 생산 장치의 전력 소비를 줄이는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. 또한, 동일한 장치에서 전력 생산과 수소 생산을 모두 수행하는 가역형 고체산화물 전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망된다.

정우철 교수는 "이번 연구는 나노촉매의 성능뿐 아니라 실제 반응이 일어나는 위치와 작동 원리를 정량적으로 규명했다는 점에서 의미가 크다"며, "앞으로 다양한 에너지 변환 소재와 촉매 시스템에 적용할 수 있는 새로운 설계 원리로 확정해 나갈 계획"이라고 밝혔다.

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