한국화학연구원은 김현탁 박사와 울산과학기술원(UNIST) 권태혁ㆍ강석주ㆍ이근식 교수 공동 연구팀이 해수전지의 효율 저하 문제를 해결할 이산화탄소 전기분해 촉매 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

해수전지는 바닷물 속 나트륨 이온을 활용해 전기를 저장하는 장치다. 친환경적이고 화재나 폭발 위험이 없는 이차전지로 주목받고 있지만, 에너지 저장 용량이 적고 바닷물 속 이산화탄소와 나트륨의 결합에 의해 생성된 석회 침전물이 전극에 붙어 충·방전 효율이 떨어지는 문제가 있다.

연구팀은 저렴한 비금속 촉매를 사용해 바닷물 속 이산화탄소를 다탄소 알코올로 합성할 수 있는 전기화학 방식의 전환 기술을 개발했다.

바닷물이 이산화탄소를 흡수하는 과정에서 발생하는 수소 이온은 산성화를 일으켜 플랑크톤부터 물고기까지 해양 생태계에 피해를 준다. 이 때문에 대기 중 이산화탄소를 다른 물질로 전환하려는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 구리 촉매는 가격이 높아 경제성과 안정성이 떨어진다는 한계가 있다.

연구팀은 카본계 소재(흑연)에 이종원소(붕소, 질소)를 도핑(첨가), 저렴한 비금속 촉매를 개발했다. 이를 이용해 이산화탄소를 2개 이상의 탄소가 결합한 에탄올과 프로판올 등 유용 화합물로 전환하는 데 성공했다. 비금속계 촉매를 이용해 다탄소 알코올을 얻어낸 것은 처음이라고 연구팀은 설명했다.

실제 해수전지 전극에 적용한 결과 기준 전압 대비 0.7V(볼트) 낮은 상태에서 투입한 에너지 중 87.9%가 변환에 쓰였으며, 변환된 물질 중 다탄소 알코올의 비중이 95%에 달했다. 또 160시간 이상 안정적으로 작동하는 것으로 나타났으며, 석회 침전물도 생성되지 않았다.

연구팀은 올해 유닛 단위 셀 제작을 시작으로 2030년까지 대용량 스택 단위 셀 개발을 통해 실증한다는 계획이다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '에이씨에스 캐탈리시스'(ACS Catalysis) 지난 6월 보충 표지논문으로 실렸다.