한국과학기술원(KAIST)은 온실가스인 이산화탄소를 유용 화합물로 분해할 수 있는 현존 최고 성능의 세라믹 전해전지를 개발했다고 1일 밝혔다.

세라믹 전해전지(SOEC)는 이산화탄소를 일산화탄소 등 유용한 화학물질로 전환할 수 있는 에너지 변환 기술로, 효율성이 높아 주목받고 있지만 800도 이상의 작동 온도가 필요해 유지 비용이 많이 들고 안정성이 낮다는 한계가 있다.

기계공학과 이강택 교수 연구팀은 전기가 잘 통하는 초이온전도체를 기존 전극에 섞어 만든 '복합 나노섬유 전극'을 개발, 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 효율적으로 작동할 수 있도록 했다.

나노섬유 굵기를 기존의 절반 수준으로 줄여 전극을 머리카락 굵기의 1천분의 1 수준인 100㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)로 제작, 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화했다.

이런 방법으로 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮춰 이산화탄소 분해 성능을 50%가량 높였다.

복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존 보고된 소자 중 가장 높은 수준의 이산화탄소 분해 성능인 1.25A/㎠(제곱센티미터당 암페어, 700도 기준)를 기록했다.

또 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지했다.

이강택 교수는 "이산화탄소 저감뿐만 아니라 그린수소와 친환경 전력 생산 등 다양한 차세대 에너지 변환 소자 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지' (Applied Catalysis B: Environment and Energy) 지난달 3일 자 온라인 판에 실렸다.