이산화탄소를 수소로 바꿔주는 금속-이산화탄소 전지 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 이산화탄소를 물에 녹여 수소와 전기를 동시에 높은 효율로 생산하는 기술이 개발됐다. 이산화탄소 제거와 수소 생산, 에너지저장장치 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀은 이산화탄소를 수용액에 녹여 전기와 수소를 생산하는 ‘수(水)계 금속-이산화탄소 전지'를 개발했다고 4일 발표했다.

기존의 금속-이산화탄소 전지와 달리 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등을 미량 녹인 물을 전해질로 사용한다고 해서 '수계'라는 이름을 붙였다. 개발된 시스템 자체는 전기를 생산하는 '전지'이지만 동시에 이산화탄소를 수소로 전환하는 이산화탄소 포집활용 장치인 셈이다.

이번 연구는 이산화탄소를 물에 녹이면 손쉽게 다른 물질로 전환할 수 있다는 점에 착안했다. 이산화탄소가 물에 녹게 되면 그 물은 수소이온이 많아져 산성을 띠게 되고 전자들이 이동하면서 전기 에너지가 만들어지는 것이다.

이산화탄소를 전기 에너지 생산에 활용하는 금속-이산화탄소 전지도 다각적으로 연구되고 있지만 전기를 생산하면서 고체 형태의 탄산염이 전극에 쌓이면서 방전 용량이 점점 줄어들고 안정성이 떨어진다는 한계점이 있었다.

이번에 개발한 수계 금속-이산화탄소 시스템에서는 반응생성물이 용해된 이온과 기체 형태의 수소라 전극이 막힐 염려가 없고 기존 금속-이산화탄소 전지와 비교해 월등히 높은 출력을 보였다. 이산화탄소 변환효율은 57%를 기록했다.

김건태 교수는 “이산화탄소를 더 빠르고 값싸게 줄이면서 수소와 전기를 생산할 수 있는 활용성 높은 기술을 세계 최초로 개발한 것”이라며 “현재 실험실 규모의 장치를 1MW급의 상용시스템으로 확장해 기술이전 또는 창업 등의 방식으로 사업화할 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 독일의 응용화학지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)에 5월22일 게재)됐다. 논문명: Highly Efficient CO₂ Utilization via Novel Aqueous Zn or Al-CO₂ Systems for H₂ and Electricity Production.

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