KAIST, 세계 최고 성능 CO₂ 전해전지 개발…분해 성능 50%↑

세라믹 복합나노섬유 개발, 머리카락보다 1000배 얇아

300시간 이상 장기 구동에도 안정적…국제학술지 발표

[대전=뉴시스] 복합나노섬유의 제작공정 모식도 및 형상.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 이산화탄소(CO₂)를 일산화탄소(CO)로 전환할 수 있는 고성능 세라믹 전해전지를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이강택 교수팀이 신소재 세라믹 나노 복합섬유를 활용해 세계 최고 성능의 이산화탄소 분해성능을 갖는 세라믹 전해전지(SOEC)를 개발했다고 1일 밝혔다.



SOEC는 이산화탄소를 고부가가치의 화학물질로 전환할 수 있는 유망한 에너지 변환기술이지만 기존 기술은 작동 온도가 800℃ 이상으로 유지 비용이 크고 안정성이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

이번에 연구팀은 전기가 잘 통하는 '초이온전도체' 소재를 기존 전극에 섞어 복합 나노섬유 전극을 개발, 전기화학 반응이 더 활발하게 일어나도록 했다. 이를 통해 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 효율적으로 작동할 수 있도록 유도했다.

또 소재 복합 방식으로 나노섬유 두께를 약 45% 감소시키고 전극을 머리카락보다 1000배 가는 두께(100㎚·나노미터)로 제작해 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화, 세라믹 전해전지의 작동온도를 낮추는 동시에 이산화탄소 분해성능을 약 50% 향상시키는데 성공했다.

[대전=뉴시스] 세계 최고 이산화탄소 전해전지를 개발한 연구진.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

이 복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존에 보고된 소자 중 가장 높은 세계 최고 수준의 이산화탄소 분해성능(700℃에서 1.25 A/㎠)을 기록했으며 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지해 소재의 탁월함을 입증했다.

KAIST 기계공학과 김민정 석사, 김형근 박사과정, 아크롬존 석사가 공동 제 1 저자로 참여하고 한국지질지원연구원 정인철 박사, KAIST 기계공학과 오세은 박사과정, 윤가영 석사과정이 공동저자로 참여한 이번 연구는 촉매·재료 분야의 세계적 권위지인 '어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)에 지난달 3일 온라인 게재됐다. (논문명: Exceptional CO2 Reduction Performance in Symmetric Solid Oxide Electrolysis Cells Enabled via Nanofiber Heterointerface Engineering, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125222)

이강택 교수는 "이번 연구에서 제안된 나노섬유 전극의 제작·설계기법은 이산화탄소 저감으로 기후위기에 대응할 수 있는 기술"이라며 "그린수소 및 친환경 전력 생산과 같은 다양한 차세대 에너지 변환소자의 개발에 있어서도 선도적인 기술이 될 것"이라고 말했다.


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