이산화탄소 먹고 전기와 수소 내뱉는 새로운 배터리 개발

UNIST 에너지화학공학과 김건태 교수팀
멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리 기술공개

멤브레인 프리(Membrane-free) 수계 금속-이산화탄소 배터리

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 ‘이산화탄소’를 제거하면서 ‘수소’와 ‘전기’를 더 쉽고 빠르게 생산하는 새로운 배터리 시스템이 개발돼 눈길을 모으고 있다.

UNIST(울산과학기술원)는 에너지화학공학부 김건태 교수팀은 20일 시스템 분리막이 필요 없는 ‘멤브레인 프리(Membrane-free) 수계 금속-이산화탄소 배터리’를 개발했다고 밝혔다.

기존 ‘수계 금속-이산화탄소 시스템’과 달리 전극 분리막이 없어 제조공정이 간단할 뿐만 아니라 한 종류의 전해질만으로 지속적인 동작이 가능하다.

김 교수팀은 선행연구를 통해 ‘수계 금속-이산화탄소 시스템’을 세계 최초로 개발한 바 있다. 이 시스템은 이산화탄소가 녹아 산성화된 물에서 자발적으로 발생하는 화학 반응을 통해 이산화탄소를 수소와 전기로 바꾸는 방식이다.

이번에 개발된 ‘멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리는(Membrane-free Mg-CO2 Battery)’은 음극(마그네슘 금속), 수계전해질, 양극만을 필요로 한다. 수소 발생 효율이 92%로 높을 뿐만 아니라 충전 반응에서 생성되는 산소와 염소도 유용하게 쓸 수 있다.

연구진이 개발한 멤프레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리는 수소차 연료전지와 유사한 구조다. 하지만 연료전지와 달리 촉매가 물속(수계 전해질)에 담겨져 있으며 음극과 도선으로 연결돼 있다. 물에 이산화탄소를 불어넣으면 전체 반응이 시작돼 이산화탄소는 사라지고, 전기와 수소가 만들어진다.

[연구진사진] (왼쪽부터) 김건태 교수, 김정원 연구원, 주상욱 연구원

전동협 동국대학교 기계시스템공학 교수는 “시뮬레이션 결과 멤브레인 프리(Membrane-free) 수계 금속-이산화탄소 배터리의 성능 저하 원인을 정밀하게 찾아 낼 수 있었다”며 “문제점의 정확한 진단을 통해 지금보다 향상된 이산화탄소 활용 배터리를 개발할 수 있을 것”이라고 전했다.

김건태 교수는 “제조 과정은 단순화하면서도 이산화탄소 활용도를 더 높인 ‘멤브레인 프리’ 기술로 수계 금속-이산화탄소 시스템의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라며 “이번 연구는 단순히 새로운 이산화탄소 활용 시스템 개발에 그치지 않고 더 많은 파생 연구로 이어질 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 동국대 전동협 교수와 오스트레일리아 뉴 사우스 웨일즈 대학교 (University of New South Wales)의 리밍 다이(Liming Dai) 교수가 함께 참여했다. 연구결과는 에너지 분야 세계적 권위지인 ‘나노에너지 (Nano Energy)’에 지난 4일자로 온라인 공개돼 출판을 앞두고 있다. 연구 수행은 한국동서발전, 과학기술정보통신부-한국연구재단 (NRF) 등 지원으로 이뤄졌다.

ulsan@fnnews.com 최수상 기자

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