구리 촉매 쓴 고체형 리튬·이산화탄소 전지, 실험서 260회 충방전 보고

중국 연구진이 구리 원자와 작은 원자 집합을 전극에 함께 배치한 고체형 리튬·이산화탄소 전지를 만들어 260회 충방전 결과를 보고했다. 배터리의 장시간 작동 가능성을 살핀 실험이지만 상용 전지의 수명이나 이산화탄소 감축 효과를 입증한 것은 아니다.

중국과 영국 연구기관의 공동 연구진은 24일 학술지 《네이처 커뮤니케이션스》에 고체형 리튬·이산화탄소 전지의 양극과 전해질을 결합한 설계를 발표했다. 구리 원자 한 개씩과 원자 여러 개로 이뤄진 작은 집합을 질소가 들어간 탄소나노튜브에 붙이고, 이온이 이동하는 고체 전해질과 맞닿게 했다.

충방전 실험의 조건

연구진은 전류를 양극 촉매 질량 1g당 500mA로 설정한 시험에서 260회, 1000시간 넘게 작동했다고 보고했다. 이 조건에서 제시한 에너지 효율은 78%다. 별도의 200mA/g 조건에서 측정한 방전 용량은 2만1356mAh/g이었다. 이 용량은 논문에 적힌 질량 기준 시험값으로 완성된 배터리 팩의 저장량을 뜻하지 않는다.

리튬·이산화탄소 전지는 방전할 때 이산화탄소가 반응에 참여한다. 충전 과정에서는 생성된 탄산리튬을 다시 분해해야 하는데, 이 물질이 잘 분해되지 않으면 전지 성능을 떨어뜨린다. 연구진은 구리의 두 형태가 반응 경로를 바꾸고 양극과 전해질이 맞닿는 곳에서 이온·전자·기체 이동을 돕는다고 설명했다.

실험실 수치와 탄소 감축은 별개

2023년 《프런티어스 인 에너지 리서치》에 실린 독립적인 종설은 이 종류 전지의 양극 촉매뿐 아니라 전해질과 리튬 음극도 개발 과제라고 짚었다. 이번 논문은 특정 조합의 전지 시험 결과다. 대형 셀 생산성, 실제 배출가스에서의 작동, 장기 안전성과 전체 공정의 탄소수지는 제시된 초록만으로 확인할 수 없다. 충방전이 된다는 사실만으로 이산화탄소가 영구 저장되거나 순배출이 줄었다고 볼 수 없다.

논문 페이지는 현재 심사를 마친 연구의 초기 공개 판본이라고 안내한다. 최종 편집본에서 표현이나 세부 사항이 달라질 수 있다.

대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크

출처: https://www.nature.com/articles/s41467-026-78929-4 https://www.frontiersin.org/journals/energy-research/articles/10.3389/fenrg.2023.1150737/full