국내 연구진이 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)로 전환하는 고성능 '세라믹 전해전지'를 개발했다.

1일 카이스트(KAIST)에 따르면 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 신소재 세라믹 나노 복합섬유를 개발해 최고 성능의 이산화탄소 분해 성능을 갖는 세라믹 전해전지를 개발하는 데 성공했다.

세라믹 전해전지(SOEC)는 이산화탄소를 가치있는 화학물질로 전환할 수 있는 유망한 에너지 변환기술로 낮은 배출량과 높은 효율성이라는 이점이 있다. 하지만 기존 세라믹 전해전지는 작동온도가 800℃ 이상으로 유지비용이 크고 안정성이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 전기가 잘 통하는 '초이온전도체' 소재를 기존 전극에 함께 섞어 만든 '복합 나노섬유 전극'을 개발해 전기화학 반응이 더 활발하게 일어나도록 설계함에 따라 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 효율적으로 작동할 수 있는 기반이 마련됐다.

특히 소재 복합을 통해 나노섬유의 두께를 약 45% 줄이고 전극을 머리카락보다 1000배 가는 두께(100나노미터)로 제작해 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화하면서 세라믹 전해전지의 작동온도를 낮추고 이산화탄소 분해 성능을 약 50% 향상시켰다.

복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존에 보고된 소자 중 세계 최고 수준의 이산화탄소 분해 성능(700℃에서 1.25 A/cm2)을 기록했으며 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압이 유지됨이 확인됐다.

이 교수는 "이번 연구에서 제안된 나노섬유 전극의 제작 및 설계기법은 이산화탄소 저감은 물론 그린수소 및 친환경 전력생산과 같은 다양한 차세대 에너지 변환소자의 개발에서 선도적인 기술이 될 것"이라고 말했다.

KAIST 기계공학과 김민정 석사, 김형근 박사과정, 아크롬존 석사가 공동 제 1 저자로 참여하고, 한국지질지원연구원 정인철 박사, KAIST 기계공학과 오세은 박사과정, 윤가영 석사과정이 공동저자로 참여한 이번 연구는 촉매·재료 분야의 세계적 권위지인 '어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지'에 지난달 3일 온라인 게재됐다.