‘이산화탄소’먹고, 전기·수소 만드는 기술의 진화 - 물에 녹인 이산화탄소로 쉬운 화학반응 유도, 기후변화 대응 기대
□ 논문의 주요 내용 
2. 연구 내용
반응 원리는 크게 세 단계로 정리된다. 우선 물(H₂O)에 이산화탄소(CO₂)를 불어넣으면 ① 수소 이온 즉 양성자(H⁺)와 탄산수소염(HCO₃⁻)이 만들어진다. 양성자가 많아져 산성으로 변한 물은 ② 아연 및 알루미늄 금속에 있던 전자(e⁻)들을 도선을 통해 끌어당기면서 전자의 흐름, 즉 전기를 만든다. ③ 수소 이온(H⁺)은 전자를 만나 수소 기체(H₂)로 변한다. 마지막으로 음극 전해질에서 전기화학적 평형을 맞추기 위해, 포 타슘(K+) 및 나트륨 이온(Na⁺)은 분리막을 통과해 탄산수소염(HCO₃⁻)과 반응해 탄 산수소칼륨(KHCO3) 및 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 된다.
기존에 소개됐던 금속-이산화탄소 전지와 비교해도 장점이 월등하다. 앞서 서술한 바와 같이 금속-이산화탄소 전지에는 고체 탄산염에 의한 전극 막힘(Electrode Clogging) 현상이 나타났고, 충전할 경우 이산화탄소가 다시 발생했다. 이 때문에 전지 용량이 작고, 오랫동안 작동할 경우 안정성이 떨어진다.
반면 수계 금속(Zn or Al)-이산화탄소 시스템에서는 반응생성물이 용해된 이온과기체 형태의 수소라 전극이 막힐 염려가 없다. 또 기존 금속-이산화탄소 전지와 비교해서 월등히 높은 출력을 보이며, 이에 따른 수소 발생 속도 또한 굉장히 빠르다. 결과적으로 고밀도 전류에서 지속적으로 구동하며 이산화탄소를 제거할 수 있으며 수소 생산 속도도 높일 수 있다.
3. 연구 성과기존의 이산화탄소 활용 기술의 경우 CO₂를 직접 변환하는 과정에서 에너지 소모가 커서 효율성이 낮은 한계점이 있었다. 이번에 개발한 기술에 활용된 수계 전해질 용해 반응의 경우 자발적인 화학반응을 유도해 실질적인 CO₂ 활용과 저감 기술로 응용 가능할 것으로 전망된다. 더불어 이산화탄소를 제거하고 전기 에너지와 청정에너지 자원인 수소를 생산함으로서 미래 수소에너지 시대를 앞당기는 역할을 할 것으로 기대된다.
‘이산화탄소’ 먹고, 전기·수소 만드는 기술의 진화
금속 이산화탄소 전지에 나타나는 현상은 고체 탄산염에 의한 무엇 때문이니
전극 막힘