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UNIST 연구진, CO2 없애면서 수소·전기 쉽게 생산 시스템 개발
최태월 기자  |  ctwlyj@uelt.net
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승인 2021.01.29  18:54:15
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김건태 교수(왼쪽부터), 김정원 연구원, 주상욱 연구원.(UNIST 제공) /© 뉴스1


(울산=뉴스1) 조민주 기자 = 이산화탄소(CO2)를 없애는 동시에 수소와 전기를 더 쉽고 빠르게 생산하는 새로운 시스템이 개발됐다.

UNIST는 김건태 에너지화학공학부 교수팀이 시스템을 분리하는 멤브레인(분리막)이 필요 없는 '멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리'를 개발했다고 20일 밝혔다.

이는 기존 방식인 '수계 금속-이산화탄소 시스템'과 달리 전극 분리막이 없어 제조 공정이 간단할 뿐만 아니라 한 종류의 전해질 만으로 지속적인 동작이 가능하다.

앞서 김 교수팀은 선행연구를 통해 '수계 금속-이산화탄소 시스템'을 세계 최초로 개발한바 있다.

'수계 금속-이산화탄소 시스템'은 이산화탄소가 녹아 산성화된 물에서 자발적으로 발생하는 화학 반응을 통해 이산화탄소를 수소와 전기로 바꾸는 시스템이다.

이번에 개발한 '멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리'는 음극(마그네슘 금속), 수계전해질, 양극(촉매) 만을 필요로 한다.

이는 수소 발생 효율이 92%로 높을 뿐만 아니라 충전 반응에서 생성되는 산소와 염소도 유용하게 쓸 수 있다.

김정원 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원(제1저자)은 "수계-금속 이산화탄소 시스템은 금속-이산화탄소 전지와 달리 반응 생성물이 기체와 이온 형태로 존재한다는 점에서 지속적으로 구동 가능한 효율적인 기술"이라고 설명했다.

연구진이 개발한 멤프레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리는 음극(마그네슘 금속)과 수계 전해질, 양극(촉매)만 필요하다는 점에서 수소차 연료전지와 유사한 구조다.

하지만 연료전지와 달리 촉매가 물속(수계 전해질)에 담겨져 있으며 음극과 도선으로 연결돼 있다. 물에 이산화탄소를 불어넣으면 전체 반응이 시작돼 이산화탄소는 사라지고, 전기와 수소가 만들어진다.

전동협 동국대학교 기계시스템공학 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.

 

 

 

[연구그림] 개발된 시스템의 충방전 에너지 사이클 모식도.(UNIST 제공) © 뉴스1


이번 연구는 전동협 동국대 교수와 리밍 다이(Liming Dai) 뉴 사우스 웨일즈 대학교 교수가 함께 참여했다.

연구결과는 에너지 분야 세계적 권위지인 나노에너지(Nano Energy)에 1월 4일자로 온라인 공개돼 출판을 앞두고 있다.

연구 수행은 한국동서발전, 과학기술정보통신부-한국연구재단(NRF) 등의 지원으로 이뤄졌다.

 

 

 

뉴스1 <뉴스커넥트>를 통해 제공받은 컨텐츠로 작성되었습니다.

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