미국 오크리지 연구소, 나트륨·알루미늄 사용한 CO₂ 배터리 연구 중

• 이산화탄소를 포집하여 에너지를 저장하는 CO2 배터리는 재생에너지의 저장과 이산화탄소 저감 측면에서 기후변화에 대응하는 혁신적인 기술

• • 오크리지 국립연구소는 두 가지 형태의 CO2 배터리를 개발하였고, 600시간 이상 안정적으로 작동하는 것을 확인
    • 나트륨과 알루미늄을 활용하는 방식의 CO2 배터리가 개발되었으며, 상용화에 성공한다면 재생에너지 저장 및 이산화탄소 포집 분야에 혁신을 불러일으킬 전망

• • CO2 배터리는 이산화탄소를 포집하여 전기화학적으로 저장하므로 리튬 이온 배터리와 달리 안전하고 친환경적인 기술로 평가
    • 포집한 이산화탄소를 배터리 안에 저장하고, 전해질 속에서 전기화학적인 반응을 유도하여 에너지를 발생, 저장하는 기술

<기존 리튬이온배터리와 CO2배터리의 차이점 >

• • 나트륨-이산화탄소(Na-CO2) 배터리
    • (장점)
      • ① 저렴한 소재 가격 : 철-니켈 촉매와 염수에서 추출한 나트륨 사용
      • ② 재사용 가능 : 충전/방전 사이클 조정을 통한 재활성화 가능
      • ③ 높은 안전성 : 수분에 안정적인 전극 사용

• • • (단점)
      • ① 낮은 효율성 : 전극이 젖은 챔버와 마른 챔버로 분리되어 있어 이온 이동속도가 느림
      • ② 비활성화 문제 : 장기간 사용 시 전극 표면에 필름이 형성되어 배터리가 비활성화*
      • ③ 낮은 용량 : 알루미늄-이산화탄소 배터리 대비 CO2 포획 용량이 작음

* 재활성화를 위해서 복잡한 충/방전 프로토콜(사이클 조정)이 필요

• • 알루미늄-이산화탄소(Al-CO2) 배터리
    • (장점)
      • ① 높은 CO2 포획 : Na-CO2 배터리 대비 두 배 많은 이산화탄소를 포획, 저장 가능
      • ② 안정성 : 600시간 이상 작동이 가능하여 장기간 저장이 가능
      • ③ 단일 챔버 : 단일 챔버에서 작동하여 이온이 신속하고 자유롭게 이동, 배터리 효율이 높음
      • ④ 다용도 활용 : 고체(가루)화한 이산화탄소를 제약 및 시멘트 산업에서 활용 가능
    • (단점)
      • ① 상용화에 대한 도전 : AL-CO2 배터리 기술은 상용화에 이르지 못해 추가 연구가 필요한 상황
      • ② 비용 : 알루미늄을 사용하기 때문에 제작 비용이 많이 듦

• CO2 배터리는 에너지 저장과 이산화탄소 포집을 동시에 할 수 있다는 점에서 혁신적이지만 상용화를 위해서 해결해야 할 과제들이 많은 상황

• • 오크리지 국립연구소는 CO2 배터리의 연구개발, 파일럿 테스트, 생산설비 구축까지 약 5~10년이 소요될 것으로 전망하고 있으며, 2030년 상용화를 목표로 직면한 기술적 문제 해결을 위한 연구개발을 계속 중

• • (전기화학적 반응 효율성 확보) CO2 배터리는 전극 반응속도가 느리고 높은 과전압이 필요해 많은 에너지 손실이 발생
    • 이를 해결하기 위해 높은 활성도와 안정성을 가진 고성능의 새로운 촉매 개발이 필요

• • (CO2 저장) CO2를 효과적으로 저장하기 위한 설비가 없어 저장 효율을 높이기 위한 기술개발이 필요

• • (재료비용) CO2 배터리에 사용되는 고성능 촉매와 안정적인 전해질의 비용이 많이 들어 경제적인 새로운 소재를 찾거나 제조공정을 최적화하는 연구가 필요