화학뉴스

국내 연구진이 해수전지 효율성을 개선하는 비금속 촉매 개발에 성공했다.
한국화학연구원(KRICT)은 김현탁 박사와 울산과학기술원(UNIST) 권태혁·강석주·이근식 교수 공동 연구팀이 해수전지의 효율 저하 문제를 해결하는 이산화탄소(CO2) 전기분해 촉매 기술을 개발했다.
해수전지는 바닷물의 나트륨(Na) 이온을 활용해 전기를 저장하는 장치로 친환경적이고 화재, 폭발 위험이 없는 2차전지로 주목받고 있으나 에너지 저장용량이 작고 바닷물의 이산화탄소와 나트륨의 결합으로 생성되는 석회 침전물이 전극에 붙어 충·방전 효율이 저하되는 문제가 있다.
연구팀은 저렴한 비금속 촉매를 사용해 바닷물 속 이산화탄소를 다탄소 알코올로 합성 가능한 전기화학 방식 전환 기술을 개발했다.
연구팀은 흑연에 붕소와 질소를 첨가해 개발한 저렴한 비금속 촉매를 이용해 이산화탄소를 2개 이상의 탄소가 결합한 에탄올(Ethanol)과 프로판올(Propanol) 등 유용 화합물로 전환하는데 성공했다.
바닷물이 이산화탄소를 흡수하는 과정에서 발생하는 수소 이온은 산성화를 일으켜 플랑크톤부터 물고기까지 해양 생태계에 피해를 주기 때문에 대기 중의 이산화탄소를 다른 물질로 전환하려는 연구가 활발히 진행되고 있으나 기존 구리 촉매의 높은 가격 때문에 경제성과 안정성에 한계가 있었다.
비금속계 촉매를 이용해 다탄소 알코올을 얻어낸 사례는 처음이며 실제 해수전지 전극에 적용한 결과 기준 전압 대비 0.7V 낮은 상태에서 투입한 에너지 가운데 87.9%가 변환에 이용됐으며 변환된 물질 중 다탄소 알코올 비중은 95%에 달하는 것으로 나타났다. 또 160시간 이상 안정적으로 작동했으며 석회 침전물도 생성되지 않았다.
연구 성과는 글로벌 학술지 ACS Catalysis 6월호에 보충 표지논문으로 게재됐으며 연구팀은 2024년 유닛 단위 셀 제작을 시작으로 2030년까지 대용량 스택 단위 셀 개발을 통해 신기술을 실증할 계획이다. (윤)