현존 최고 성능 세라믹 전해전지 개발…이산화탄소 분해 성능 50%향상

지구 온난화의 골칫거리인 '이산화탄소'를 '일산화탄소'로 전환하는 고성능 세라믹 전해전지(SOEC)가 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 신소재 세라믹 나노 복합섬유를 이용해 현존 최고 성능의 이산화탄소 분해 성능을 갖는 세라믹 전해전지를 개발하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 연구진은 "이를 이용한 이산화탄소 분해 성능은 기존대비 50% 향상했다"고 설명했다. SOEC는 이산화탄소를 가치 있는 화학물질로 전환할 수 있는 유망한 에너지 변환 기술이다. 하지만 기존 세라믹 전해전지는 작동 온도가 800℃ 이상이다. 유지 비용이 크고 안정성이 낮아 상용화에 한계가 있다. 연구팀은 전기가 잘 통하는 '초이온전도체' 소재를 기존 전극에 함께 섞어 만든 '복합 나노섬유 전극'을 개발했다. 나노섬유 두께를 약 45% 줄이고, 전극을 머리카락보다 1천배 가는 두께(100나노미터)로 제작했다. 연구팀은 "전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화했다"며 "이를 통해 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮추는 동시에 이산화탄소 분해 성능을 약 50% 향상시키는데 성공했다"고 말했다. 복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존에 보고된 소자 중 가장 높은 세계 최고 수준의 이산화탄소 분해 성능(700℃에서 1.25 A/cm2)을 기록했다. 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지했다. 이강택 교수는 “이산화탄소 저감뿐만 아니라 그린수소 및 친환경 전력 생산과 같은 다양한 차세대 에너지 변환 소자의 개발에 있어 선도적인 기술이 될 것”이라고 말했다. KAIST 기계공학과 김민정 석사, 김형근 박사과정, 아크롬존 석사가 공동 제 1 저자로 참여했다. 한국지질지원연구원 정인철 박사, KAIST 기계공학과 오세은 박사과정, 윤가영 석사과정이 공동저자로 연구를 수행했다. 연구결과는 촉매·재료 분야 국제학술지 '어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지' 3월 3일 온라인 게재됐다.