과학적 혁신으로 CO2 '호흡' 배터리가 현실에 한 걸음 더 가까워졌습니다.

서리 대학교 과학자들이 더 많은 에너지를 저장할 뿐만 아니라 온실가스 배출 감축에도 도움이 될 수 있는 친환경 배터리 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 리튬-CO₂ '호흡' 배터리는 이산화탄소를 포집하면서 전력을 방출하여, 언젠가 현재의 리튬 이온 배터리를 능가할 수 있는 친환경적인 대안을 제시합니다.

지금까지 리튬-CO₂ 배터리는 빠른 마모, 재충전 실패, 백금과 같은 값비싼 희귀 재료에 의존하는 등 효율 저하에 직면해 왔습니다. 그러나 서리 대학교 연구진은 세슘 포스포몰리브덴산(CPM)이라는 저비용 촉매를 사용하여 이러한 문제를 극복하는 방법을 발견했습니다.

컴퓨터 모델링과 실험실 실험을 통해, 이 간단한 변화만으로도 배터리가 훨씬 더 많은 에너지를 저장하고, 훨씬 적은 전력으로 충전하며, 100회 이상 작동할 수 있음을 확인했습니다.

Advanced Science에 게재된 이 연구는 실제 적용을 향한 유망한 진전을 보여줍니다. 이 배터리가 상용화된다면 차량과 산업 시설의 배출가스를 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 과학자들은 대기 중 이산화탄소 농도가 95%인 화성에서도 작동할 수 있을 것으로 예상합니다.

서리대학교 화학공정공학 강사이자 이 연구의 책임저자인 시다르트 가드카리 박사는 다음과 같이 말했습니다.

"재생 에너지로의 전환을 지원하는 동시에 기후 변화의 위협이 커지는 상황에 대처할 수 있는 에너지 저장 솔루션에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 리튬-CO₂ 배터리에 대한 저희의 연구는 이러한 비전을 현실로 만드는 데 있어 획기적인 변화를 가져올 잠재력을 가지고 있습니다.

"이러한 배터리의 가장 큰 과제 중 하나는 '과전압'이라는 현상입니다. 이는 반응을 일으키는 데 필요한 추가 에너지입니다. 마치 오르막길을 자전거로 달려 관성 주행을 하는 것과 같습니다. 저희가 확인한 바에 따르면 CPM은 이 오르막길을 완만하게 만들어 배터리가 충전과 방전 시 손실되는 에너지가 훨씬 적습니다."

CPM이 그토록 잘 작동하는 이유를 이해하기 위해 서리 대학교 화학 및 화학공학과와 첨단기술연구소 연구팀은 두 가지 접근법을 사용했습니다. 첫째, 충전과 방전 후 배터리를 분해하여 내부 화학 변화를 연구했습니다. 이러한 사후 검사를 통해 배터리가 이산화탄소를 흡수할 때 생성되는 화합물인 탄산리튬이 안정적으로 생성되고 제거될 수 있음을 확인했습니다. 이는 장기적인 사용에 필수적인 특징입니다.

그 후, 연구진은 밀도 함수 이론(DFT)을 이용한 컴퓨터 모델링을 통해 재료 표면에서 반응이 어떻게 전개되는지 탐구했습니다. 그 결과, CPM의 안정적이고 다공성 구조가 주요 화학 반응에 이상적인 표면을 제공한다는 것이 밝혀졌습니다.

서리대학교 미래 펠로우이자 이 연구의 책임저자인 다니엘 코만듀어 박사는 다음과 같이 말했습니다.

이번 발견의 흥미로운 점은 강력한 성능과 단순성을 결합했다는 것입니다. 저희는 저렴하고 확장 가능한 재료를 사용하여 효율적인 리튬-CO₂ 배터리를 제작할 수 있음을 입증했으며, 희귀 금속은 필요하지 않습니다. 또한, 이 발견은 앞으로 더욱 향상된 촉매를 설계할 수 있는 길을 열어줍니다.

이번 발견은 더욱 개선된 저비용, 제조 용이성 배터리 소재 개발의 새로운 지평을 열어줍니다. 이러한 촉매가 전극 및 전해질과 어떻게 상호작용하는지에 대한 추가 연구를 통해, 리튬-CO₂ 배터리는 대기 중 탄소 배출량을 줄이는 동시에 청정 에너지를 저장하는 실용적이고 확장 가능한 방식으로 자리매김할 수 있을 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250520122027.htm