KIST, '전해질 범람' 막는 은 나노촉매 개발

KIST 등 공동 연구진이 이산화탄소 포집 장치서 발생하는 전해질 범람 막는 은 나노촉매를 개발했다./KST

이산화탄소를 유용한 화합물로 바꾸는 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술에서 효율을 떨어트리는 원인인 ‘전해질 범람’ 문제를 해결한 은 나노 촉매가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 오형석 청정에너지연구센터장과 이웅희 선임연구원 연구팀이 KIST 반도체기술연구단 황규원 책임연구원 연구팀, 노태근 LG화학 박사팀과 공동으로 이산화탄소 전환 장치에서 발생하는 전해질 범람을 막아 효율을 지속하는 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 지난 4월 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 실렸다.

전해질은 전기를 이용해 이산화탄소를 일산화탄소 같은 유용한 화합물로 바꾸는 CCUS 기술에서 반응 속도와 효율성을 높인다. 하지만 환원 전극에서 전해질이 전극 사이에 과도하게 흐르는 현상(전해질 범람)이 일어나면 이산화탄소가 전극 촉매층에 닿는 걸 방해해 전환 효율이 떨어진다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 약 7나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기 정이십면체 구조인 은 나노입자에 지질 유기물을 결합해, 표면에 물 분자가 잘 붙지 않게 만들었다. 소수성인 지질이 전극 주변에 물이 쌓이는 것을 억제해 전해질 범람을 막고, 이를 통해 이산화탄소 전환 성능을 계속 유지시키는 것이다.

이 촉매를 활용하면 기존 촉매량의 3분의 1 수준으로도 이산화탄소 전환율을 유지할 수 있다. 3.4V 과전압 조건에서 12시간 정도만 성능을 유지하는 기존 촉매와 달리 50시간 이상 성능을 유지하는 것으로 나타났다.

오 센터장은 “전기화학 시스템에서 내적, 외적 요인을 모두 고려한 촉매 합성 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 전기화학적 이산화탄소 전환 기술의 상용화를 앞당길 것”이라고 말했다.

공동연구진은 향후 석유화학 공정 등 대규모 생산시설에 이 촉매를 적용하는 연구를 수행할 예정이다.

기존 촉매(왼쪽)와 새로 개발한 은 촉매./KIST

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