ZIF-67 기반의 산소 환원 반응用 촉매 합성을 통한 Zinc-Air Primary Battery의 효율 개선에 관한 연구

A Study on the Efficiency Improvement of Zinc-Air Primary Battery by Synthesizing Catalysts for Oxygen Reduction Reaction Based on ZIF-67

아연-공기 전지는 환경친화성, 안정성, 고효율의 특성을 가져 요즘 주목받는 전지이나, 공기극에서 일어나는 ORR(Oxygen Reduction Reaction)의 느린 반응속도와 Pt/C 촉매의 가격 대비 낮은 효율로 상용화를 위해서는 새로운 촉매 개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 ZIF-67(Zeolitic Imidazolate Framework-67)을 기반으로 한 촉매를 제작하고, ZIF-67 합성 과정에서 PVP의 첨가와 carbonization, sulfidation이 촉매 효율에 미치는 영향을 확인하였다. 분석 결과 PVP 5.20X10-1mmol을 첨가하고, carbonization 및 sulfidation 과정을 진행하였을 때 기존 Pt/C 촉매와 유사한 높은 효율과 큰 구동력, 안정성과 수명을 보였다. 따라서 본 연구의 ZIF-67 기반 산소 환원 반응用 촉매는 기존의 Pt/C 촉매를 대체해 경제적이고, 높은 에너지 밀도를 가진 친환경의 안정적인 아연-공기 전지의 상용화에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다.

Zinc-air batteries are attracting attention nowadays due to their environment-friendliness, stability, and high efficiency. However new catalyst development is necessary for commercialization with a slow reaction rate of ORR (Oxygen Reduction Reaction) occurring in the cathode and low efficiency compared to the price of Pt/C catalysts. This study produced a catalyst based on the ZIF-67 (Zeolic Imidazolate Framework-67) to compensate for this, and the effects of PVP addition, carbonization, and sulfidation on the catalyst efficiency were confirmed in the ZIF-67 synthesis process. As a result of the analysis, when 0.52 mmol of PVP was added and carbonization and sulfidation processes were performed, high efficiency, high driving force, stability, and life comparable to Pt/C catalyst were shown. Therefore, the ZIF-67-based oxygen reduction reaction catalyst is expected to contribute to the commercialization of Zinc-air batteries by replacing the existing Pt/C catalyst.