ㅣ 수자원 분야 세계적 권위 학술지 Water Research(IF 11.5) 게재

ㅣ이온 분리 성능 3배 이상 향상

순천향대학교는 에너지공학과 조용현 교수 연구팀이 전기화학 기반 수처리 기술의 이온 분리 성능을 획기적으로 개선한 연구 성과가 세계적 권위 학술지 Water Research (IF=11.5, 수자원 분야 JCR 상위 1%)에 게재됐다고 11일 밝혔다.

연구팀은 전기화학 기반 수처리 방식인 흐름전극 기반 축전식 탈염(FCDI: Flow-electrode Capacitive Deionization) 시스템의 핵심 과제였던 유동전극의 낮은 전도성으로 인한 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 전자 매개체로 도입하는 새로운 기술을 제안했다. PEDOT:PSS는 우수한 전기전도도와 유동전극 내 분산성을 바탕으로, 슬러리 전극 내 탄소 입자 간 전하 전달 경로를 효과적으로 형성해 전극 전체의 전도성을 크게 향상시킨 것이 핵심이다.

연구 결과, 해당 기술을 적용한 시스템은 기존 대비 이온 분리 효율 3.4배, 분리 속도는 3.6배 향상되었으며, 에너지 소비량은 80% 이상 절감되는 우수한 성능을 보였다. 특히 PEDOT:PSS의 고유 성질을 활용해 칼슘(Ca²⁺) 등 특정 이온에 대한 선택적 분리 성능도 탁월하게 나타났다. 향후에의 적용 가능성을 열었다.


조용현 교수는 “복잡한 전극 구조 변경 없이 단순한 소재 첨가만으로 이온 분리 성능을 극대화할 수 있는 기술로, 대규모 시스템으로의 확장성이 매우 높다”며, “특히 기존 기술로는 어려웠던 고염도 수처리·경수 제거·희소금속 회수 등에 적용될 수 있으며, 리튬·코발트·희토류 등 전략 자원의 회수 기술로도 응용할 수 있는 큰 잠재력을 갖췄다”고 설명했다.

이번 기술은 ▲해수담수화 ▲반도체용 초순수 생산 ▲중금속 및 유해이온 제거 ▲배터리 재활용 공정 중 리튬·코발트 회수 ▲그린수소 생산 공정의 전해액 정제 등 다양한 산업 분야로의 확장이 기대된다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 추진하는 글로벌 기초연구실(GRL) 지원사업, 그린수소기술자립 프로젝트, 순천향대학교 교내 연구지원사업의 후원을 받아 수행됐다.