국내 연구진이 공기 중 이산화탄소를 흡수해 전기를 저장하는 '리튬-이산화탄소 전지'의 수명과 성능을 높이는 기술을 개발했다.

공장 굴뚝처럼 뜨겁고 이산화탄소 배출이 많은 환경에 적용해 이산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 강석주·곽상규·안광진 교수 연구팀은 리튬-이산화탄소 전지의 전해질을 융용염으로 활용하고, 루테늄(Ru) 촉매를 써 전지 성능을 향상시키는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

특히 단위 부피당 출력을 나타내는 전력밀도는 기존 대비 13배가량 향상된 것으로 나타났다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 23일자에 게재됐다.

리튬-이산화탄소 전지는 리튬을 음극재로, 이산화탄소를 양극재로 각각 사용하는 이차전지다.

리튬 이차전지는 리튬 이온이 전해질을 통해 음극과 양극 사이를 오가면서 전지의 충·방전이 이뤄지는 방식인데, 리튬-이산화탄소 전지의 경우 방전 시 이산화탄소를 사용하는 반응이 일어나 대기 중 이산화탄소를 포집할 수 있다.

다만 전지 작동 과정에서 탄산리튬 염이 생기고 부반응으로 높아진 과전압(반응에 필요한 에너지 장벽) 탓에 전지의 수명과 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 리튬-이산화탄소 전지의 전해질을 고체 질산염으로 바꾸고 추가적으로 양극 표면에 루테늄(Ru) 나노입자 촉매를 붙였다.

고체 질산염은 충·방전 시 불필요한 부반응을 줄임으로써 과전압을 낮춰 줬다. 루테늄 촉매는 전류밀도가 높은 상태에서도 전지가 정상적으로 작동하도록 만드는 한편 과전압을 추가로 낮춰 줬다.

곽 교수는 "배터리가 전기를 소모하는 방전 시에는 루테늄 촉매가 불안정한 이산화탄소 음이온의 전자를 공유함으로써 과전압이 낮아지고 전류밀도와 전력밀도가 향상됐다"고 설명했다.

강 교수는 "높은 전류밀도에서 구동 가능한 리튬-이산화탄소 전지를 처음으로 개발한 성과"라며 "특히 전지의 전력밀도를 대폭 높여 리튬-이산화탄소 전지의 상용화를 앞당겼다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.