이온 분리 성능 3배 이상 향상
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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., 향후 에의 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.
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