나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 중국과학원 다롄 화학물리 연구소 왕궈쓩 연구원 연구팀은 효율적이고 안정적인 이산화탄소 전기 분해를 실현

● 연구팀은 산화-환원 순환 처리를 통해 고밀도 금속/페로브스카이트 인터페이스를 구축하여 고체 산화물을 전기분해한 전지(solid oxide electrolyzer cell, SOEC)의 이산화탄소 전기 분해 성능과 안정성을 향상

● SOEC는 음극에서 이산화탄소와 물을 합성 가스 및 탄화수소 연료로 전환시키고, 양극에서 고순도 산소를 생성시켜 반응 속도가 빠르고 에너지 효율이 높고 원가가 낮은 장점을 보유하고 있어 이산화탄소 전환과 재생 가능한 청정 전기 에너지 저장 분야에서 응용 잠재력을 보유

● 페로브스카이트 형태의 산화물은 우수한 도핑 능력, 탄소 축적 저항 능력, 산화 환원 안정성 특징을 보유하고 있어 촉매 및 에너지 분야에서 폭넓은 관심을 받고 있지만, 전통적인 니켈 기반 음극에 비해 페로브스카이트 전극은 전기 촉매의 활성 부족으로 인해 응용이 제한

● 연구팀은 활성 성분을 페로브스카이트 위에 도핑(doping)하여 환원 시, 원위치에서 금속 나노 입자를 녹여 내어 금속/페로브스카이트 인터페이스를 구축하는 방법을 개발하였는데, 동 방법은 이산화탄소 전기 분해 성능을 향상시키는 효과적인 방법으로 평가

● 본 연구를 실행하는 과정에서 루테늄(Ru)이 도핑된 Sr2Fe1.4Ru0.1Mo0.5O6-δ(SFRuM) 이중 페로브스카이트를 개발하였으며, 산화 환원 순환 처리를 통해 루테늄-철(RuFe) 합금 나노 입자 밀도를 5,900개 μm-2(R1) 수준에서 22,680개 μm-2(R6) 수준으로 증가시켰으며, 평균 입자 지름을 2.2~2.9nm 사이 수준에 도달시킨 동시에 RuFe@SFRuM 인터페이스 밀도를 효과적으로 조절 제어

● SFRuM 음극에 비해 RuFe@SFRuM 음극은 1.2V일 때 CO2 전기 분해 전류 밀도가 74.6% 높아졌고, 1,000시간 동안 CO2 전기 분해 측정 테스트에서 높은 안정성을 보임

※ Nature Communications 게재(2021.09.27.), “Promoting Exsolution of RuFe Alloy Nanoparticles on Sr2Fe1.4Ru0.1Mo0.5O6-δ via Repeated Redox Manipulations for CO2 Electrolysis”