강석주·곽상규·안광진 교수팀 / 친환경 기술 상용화에 기대감
강석주(왼쪽부터), 곽상규, 안광진 교수
국내 연구진이 ‘리튬-이산화탄소 전지’의 수명과 성능을 개선하는 기술을 개발했다. 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 소비하는 친환경기술인 만큼 상용화 여부에 관심이 쏠린다.
울산과학기술원(UNIST)은 강석주·곽상규·안광진 교수(에너지 및 화학공학부) 공동연구팀이 리튬·이산화탄소 전지의 수명과 성능을 크게 향상했다고 28일 밝혔다.
리튬·이산화탄소 전지는 리튬(Li)을 음극재로, 이산화탄소(CO₂)를 양극재로 사용하는 이차전지다. 이 전지는 리튬 이온이 전해질을 통해 음극재와 양극재 사이를 오가며 충전과 방전이 일어난다. 특히 전지에 전류가 흐르면서 전기를 사용하는 방전과정에서 공기 중의 이산화탄소를 포집해 소모한다.
그러나 현재 기술로는 전지 작동 과정에서 탄산리튬(Li₂CO₃)이 발생하고, 부반응으로 인해 전압이 필요 이상으로 높아져 전지 수명과 성능이 떨어지는 문제가 있다. 과전압은 전지가 작동하는 전류 밀도를 제한하기 때문에 이산화탄소를 모으는 효율을 떨어뜨리기도 한다.
이에 연구진은 기존 전해질을 질산염으로 구성된 고체 전해질로 대체하고, 양극 표면에 루테늄 나노 입자를 촉매로 붙였다. 고체 질산염은 100도 이상 고온에서 녹아 전해질로 작용하며, 충·방전 때 부반응을 줄여 전압도 낮출 수 있다. 루테늄 촉매 또한 전압을 낮추고, 전류 밀도가 높은 상태에서도 전지가 작동하도록 돕는 효과가 있다. 그 결과 단위 부피당 출력을 나타내는 전력 밀도가 기존 전해질보다 13배나 향상됐다.