수계 금속-이산화탄소 시스템을 활용한 충·방전 에너지 사이클 모식도/사진=UNIST
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학부 김건태 교수 연구팀이 기존 수계 금속-이산화탄소 시스템을 업그레이드한 ‘멤브레인(분리막) 프리(Membrane-free) 수계 금속-이산화탄소 배터리’를 개발했다고 20일 밝혔다. 이는 전극 분리막이 없어 제조 공정이 간단할 뿐만 아니라 한 종류의 전해질만으로 지속적인 동작이 가능하다.
김 교수팀은 선행연구를 통해 ‘수계 금속-이산화탄소 시스템’을 세계 최초로 개발했다. 수계 금속-이산화탄소 시스템은 이산화탄소가 녹아 산성화된 물에서 자발적으로 발생하는 화학 반응을 통해 이산화탄소를 수소와 전기로 바꾸는 시스템이다.
김정원 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원(제1저자)은 “수계-금속 이산화탄소 시스템은 ‘금속-이산화탄소 전지’와 달리 반응 생성물이 기체와 이온 형태로 존재한다는 점에서 지속적으로 구동 가능한 효율적인 CCUS(이산화탄소 활용·저장기술)”라고 설명했다.
이번 연구는 동국대 기계시스템공학 전동협 교수와 뉴 사우스 웨일즈 대학교 리밍 다이 교수가 함께 참여했다. 전 교수는 “시뮬레이션 결과 멤브레인 프리 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 연구성과는 에너지 분야 국제학술지인 ‘나노에너지’에 게재됐다.