머리카락 보다 1000배 가는 두께 나노섬유 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 고성능 ‘세라믹 전해전지’를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이강택 기계공학과 교수 연구팀이 신소재 세라믹 나노 복합섬유를 개발하고, 이를 확장해 이산화탄소 분해 성능을 갖춘 세라믹 전해전지를 개발했다고 1일 밝혔다.

KAIST 연구진.(사진=KAIST)

세라믹 전해전지는 이산화탄소를 가치 있는 화학물질로 바꿀 수 있는 유망한 에너지 변환 기술로 배출량이 낮고, 효율성이 높다는 이점이 있다. 하지만 기존 세라믹 전해전지는 작동 온도가 800도 이상으로 유지 비용이 높고 안정성이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 전기가 잘 통하는 ‘초이온전도체’ 소재를 기존 전극에 함께 섞어 만든 ‘복합 나노섬유 전극’을 개발해 전기화학 반응이 더 활발하게 일어나도록 설계하고, 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 작동할 수 있는 기반을 마련했다.

이러한 소재 복합을 통해 나노섬유의 두께를 약 45% 줄이고, 전극을 머리카락보다 1000배 가는 두께(100나노미터)로 제작해 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화해 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮추고, 이산화탄소 분해 성능을 약 50% 높였다.

개발한 섬유를 적용한 세라믹 전해전지는 기존에 보고된 소자 중 세계 최고 수준의 이산화탄소 분해 성능을 기록했으며, 300시간 동안 구동해도 안정적인 전압을 유지했다.

이강택 교수는 “나노섬유 전극의 제작·설계 기법은 이산화탄소를 줄이고, 그린수소와 친환경 전력 생산과 같은 차세대 에너지 변환 소자 개발에서 선도적인 기술이 될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 촉매·재료 분야 국제 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)’에 지난 달 3일자 온라인으로 게재됐다.