[쿠키과학] "이산화탄소로 플라스틱 만든다"… KAIST, 차세대 전극기술 확보

은 나노선 네트워크로 전도성과 촉매기능 동시 구현
전극 침수 문제 해결, 50시간 이상 안정 작동
탠덤 촉매 구조로 에틸렌 등 다중 탄소화합물 생성 촉진

승인 2026-04-06 13:54:27

다공성 고분자/산화구리 촉매/은 나노선 네트워크 전극 구조 모식도. KAIST

KAIST가 이산화탄소를 플라스틱 원료로 전환하는 핵심 공정에서 효율과 안정성을 동시에 끌어올린 전극 기술을 개발했다.

이번 연구는 이산화탄소를 자원으로 전환하는 기술의 실용성을 높였다는 점에서 큰 의미를 갖는다.

KAIST 화학과 송현준 교수팀은 머리카락보다 가는 은실이 거미줄처럼 얽힌 ‘은 나노선 네트워크’를 활용해 새로운 전극 구조를 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 이산화탄소 전환 공정의 고질적 문제인 전극 내부 침수현상을 해결해 효율과 안정성을 동시에 확보한 것이 특징이다.

이산화탄소를 유용한 화학물질로 바꾸는 전해 공정은 신재생 에너지를 환경 문제 해결에 활용하는 핵심기술이다.

하지만 전기가 흐르는 전극 내부에 전해액이 가득 차면 이산화탄소가 반응할 공간이 줄어드는 침수 현상이 발생, 이를 막으려고 물을 밀어내는 소수성 기판(PTFE)을 쓰면 전기 전도성이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 물은 막고 전기는 잘 흐르게 하는 3층 구조 전극을 고안했다.

이는 소수성 기판 위에 산화구리 촉매층을 형성하고, 그 위를 은 나노선 네트워크로 덮어 전해액 침투를 막으면서도 전도성을 유지할 수 있다.

특히 은 나노선이 이산화탄소 반응 과정에서 일산화탄소를 생성하고, 이는 인접한 구리 촉매로 전달돼 추가 반응을 유도한다.

이처럼 서로 다른 촉매가 연속적으로 작용하는 탠덤 촉매 구조가 형성되면서 에틸렌과 같은 다중 탄소 화합물 생성을 촉진한다.

이를 통해 전극 성능이 알칼리성 전해질에서 79%, 중성 조건에서는 86%의 높은 선택도를 기록했다.

아울러 50시간 이상 장시간 작동에서도 성능 저하 없이 안정적으로 반응을 유지했다.

송 교수는 “이번 연구는 은 나노선이 전기 전달과 촉매 역할을 동시에 수행한다는 것을 규명해 향후 이산화탄소를 연료나 화학소재로 전환하는 다양한 공정에 적용될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 KAIST 화학과 박종혁 박사가 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난달 24일 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 게재됐다.

(논문명: Overlaid Conductive Silver Nanowire Networks on Gas Diffusion Electrodes for High-Performance Electrochemical CO2-to-C2+ Conversion / 저자 : 박종혁(KAIST, 제1저자), 김성주 박사(KAIST, 제2저자), 한윤경(KAIST, 제3저자), 송현준 교수(KAIST, 교신저자))