'이산화탄소' 잡는 고수명·고효율 '배터리' 개발

UNIST 교수팀, '리튬-이산화탄소 전지' 개발
용융염 전해질·전이금속 촉매로 성능 높여
강석주·곽상규·안광진 UNIST 교수팀이 리튬-이산화탄소 전지의 전해질을 기존과 달리해 전지 수명과 성능을 크게 높이는데 성공했다.<사진=UNIST 제공>강석주·곽상규·안광진 UNIST 교수팀이 리튬-이산화탄소 전지의 전해질을 기존과 달리해 전지 수명과 성능을 크게 높이는데 성공했다.<사진=UNIST 제공>

이산화탄소를 흡수해 전기를 저장하는 '리튬-이산화탄소 전지'의 수명과 성능을 개선한 기술이 개발됐다.

UNIST(총장 이용훈)는 강석주·곽상규·안광진 교수팀이 리튬-이산화탄소 전지의 전해질을 기존과 달리해 성능을 크게 높이는데 성공했다고 28일 밝혔다.

리튬-이산화탄소 전지는 리튬(Li)을 음극재로, 이산화탄소를 양극재로 사용하는 이차전지다. 리튬 이온이 전해질을 통해 음극재와 양극재 사이를 오가면서 전지의 충전과 방전을 일으킨다. 특히 전지에 전류가 흐르면서 전기를 사용하는 방전 때, 이산화탄소를 사용하는 반응이 일어나기 때문에 공기 중에 있는 이산화탄소를 포집할 수 있다. 

하지만 전지의 작동과정에서 생기는 탄산리튬(Li₂CO₃) 등으로 전지 수명과 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이산화탄소를 포집하는 반응은 방전 시에 일어나기 때문에 이산화탄소를 잡는 효율을 높이려면 높은 전류밀도에서 전지가 작동해야한다.

이를 해결하기 위해 공동연구팀은 기존 전해질 대신 질산염으로 구성된 고체를 전해질로 사용하고 양극 표면에 루테늄 나노 입자를 촉매로 붙였다. 루테늄 촉매 또한 추가로 과전압을 낮추고, 전류밀도가 높은 상태에서도 전지가 작동하도록 도왔다. 그 결과 단위 부피당 출력을 나타내는 '전력밀도'도 기존 전해질에 비해 13배나 향상시키는데 성공했다.

강석주 교수는 "이번 연구를 통해 고(高)전류밀도에서 구동 가능한 리튬-이산화탄소 전지가 최초로 개발됐다"며 "전지의 전력밀도가 대폭 증가해, 고성능 차세대 충전지 시스템과 이산화탄소 포집 장치로서 리튬-이산화탄소 전지를 상용화하는 일에도 한 걸음 더 다가섰다"고 말했다.

이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 23일자로 게재됐다.
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