인공광합성, 고성능 대면적 전극 시스템 개발
인공광합성, 고성능 대면적 전극 시스템 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.06.30 12:00
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오형석, 이웅희 KIST 박사 연구팀
산호 형태 은 전극을 이용한 이산화탄소 전환 시스템 개요도
산호 형태 은 전극을 이용한 이산화탄소 전환 시스템 개요도 (그림제공=KIST)

[뉴스웍스=문병도 기자] 오형석, 이웅희 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 청정에너지연구센터 박사 연구팀이 베를린공과대학과의 공동 연구를 통해 인공광합성의 주요 연구분야인 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노 크기의 산호 형태를 지닌 은 촉매 전극 및 대면적 시스템을 개발했다.

인공광합성 시스템은 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 고부가가치를 갖고 있는 화학 물질로 전환하는 기술로, 환경오염 없이 이산화탄소를 제거하고 유용한 화학물질을 얻을 수 있다.

최근에는 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템 분야가 높은 관심을 받고 있다.

기존 이산화탄소 전환 연구는 액체 상태에서 주로 진행되어 왔다.

액상에서는 전극을 물에 담근 형태로 성능을 측정하는데, 이산화탄소가 물에 잘 녹지않아 투입 에너지 대비 충분한 효율을 얻지 못하고 있었다.

최근 액체가 아닌 기체 상태에서 이산화탄소를 전환하는 시스템이 개발되어 효율을 높일 수 있을 것이라는 기대가 있었지만, 시스템에 적용할 수 있는 촉매, 전극에 개발에 대한 연구는 아직 미진한 편이었다.

공동 연구진은 일산화탄소 생성 효율이 높은 기체상태에서의 이산화탄소 전환 시스템용으로 나노크기의 산호형태 모양을 지닌 은 촉매 전극을 개발했다.

촉매는 기존 은 촉매에 비해 반응에 필요한 에너지가 적으며, 기존 액상 시스템에 비해 100배 이상의 일산화탄소를 생성할 수 있었다.

이산화탄소환원 시스템의 전극을 실험실 규모를 벗어나 실용화될 수 있도록 대면적화에 성공했다.

KIST 연구진은 다양한 실시간 분석을 통해 촉매를 개발할 수 있었다.

실시간 X-선 흡수 분석법으로 염소이온을 통해 제조된 산호 형태의 은 나노 전극 촉매가 높은 표면적 및 다공성 구조로 인해 높은 물질 전달 능력을 보이는 것을 확인했다.

이는 높은 이산화탄소 전환 효율을 보임을 뜻한다.

이산화탄소 전환 반응 시 소수성이 없을 경우 이산화탄소 전환 효율이 감소함을 확인하여 향후 이산화탄소 전환전극 개발 시 소수성의 필요성을 밝혀냈다.

오형석 박사는 “이번 연구를 통해 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템 연구 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.

과학기술정보통신부)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 기후변화대응기술개발사업으로 수행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 '나노 에너지' 최신 호에 게재됐다.

이웅희(왼쪽) 박사, 오형석 박사 (사진제공=KIST)
이웅희(왼쪽) 박사, 오형석 박사 (사진제공=KIST)

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