전기로 이산화탄소 분해하는 니켈 기반 전기분해 상용화 눈앞

고체 산화물 전해셀을 이용한 이산화탄소의 전기화학적환원공정 모식도.  (그래픽=한국화학연구원 제공)

국내 연구진이 이산화탄소를 고부가가치 화학원료로 바꾸는 고체산화물 전기분해장치(SOEC)의 내구성 문제를 해결했다.

한국화학연구원(원장 신석민) 김민철·박지훈·이진희 박사 연구팀은 니켈 기반 SOEC 내부 전해질 계면 구조를 새롭게 설계해, 고온 운전 중 전해질 층이 갈라지는 문제를 해결하고 이산화탄소를 일산화탄소로 고효율 전환할 수 있는 제조 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. SOEC는 이산화탄소에 전기를 가해 일산화탄소로 전환할 수 있는 장치다. 이렇게 생산된 일산화탄소는 합성가스(일산화탄소+수소)의 핵심 원료로, 지속가능 항공유, 메탄올, 플라스틱, 산업용 화학소재 생산에 활용될 수 있다.

연구팀은 비싼 공정 대신, 용액에 담갔다가 빼는 간단한 딥 코팅 방식으로 두 전해질 분말이 혼합된 복합 중간층을 형성해 계면 박리 현상을 줄였다.

단위 면적에서 얼마나 빠르게 이산화탄소를 처리할 수 있는지를 나타내는 '전류밀도' 역시 기존 0.59에서 2.14암페어 퍼 제곱센티미터(A/㎡)로 약 3.6배 향상되어 높은 패러데이 효율과 함께 니켈 기반 SOEC 중 세계 최고 수준의 처리 능력을 보였다.

화학연 신석민 원장은 "고체산화물 전기분해장치의 이산화탄소 전환 효율과 상용화를 가로막던 내구성 문제를 동시에 해결한 성과"라고 밝혔다.

이번 성과는 국제학술지 Advanced Science(IF: 14.1) 2026년 3월호 후면 표지논문으로 게재되었다. 화학연-UST 학생연구원 루스탐 율다셰프(Rustam Yuldashev)가 1저자로, 화학연 김민철, 박지훈, 이진희 박사가 교신저자로 참여했다.
임병안 기자