인류의 산업발전으로 인한 온실가스 배출이 지구 온난화로 이어지고 있다. 국제사회는 이러한 문제점의 심각성을 인식하고 배출되는 이산화탄소만큼 흡수하여 실질적인 탄소 배출량을 0으로 만드는 탄소 중립을 추진하고 있다. 탄소 중립을 위한 핵심 기술은 CCUS(Carbon Capture, Utilization, Storage) 로 소개되며, 탄소가 배출되는 근원지에 탄소를 포집, 활용하는 장치를 설치하여 저장하거나 재활용하는 것을 뜻한다. 온실가스의 80%를 차지하며 온난화의 주범인 이산화탄소를 전극 물질로 사용하여 포집하는 리튬 이산화탄소 전지는 이산화탄소를 포집하여 재활용할 수 있는 효율적 시스템 중 하나이다. 리튬 이산화탄소 전지의 높은 전기화학적 반응 메커니즘으로 인해 휘발유와 비교되는 높은 에너지 밀도를 가지고 있으며, 미래에 높은 에너지 밀도의 에너지 저장 매체를 요구하는 시장의 수요에 대응할 수 있는 시스템으로 많은 주목을 받고 있다. 리튬 이산화탄소 전지는 이와 같은 여러 가지 장점에도 불구하고 전지가 가지는 구조적인 문제점으로 인해 전기화학적 안정성을 높이기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 리튬 이산화탄소 전지의 전기화학적, 사이클 안정성을 향상 시키기 위해 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 산화물 고체 전해질과 Poly(ethylene oxide)(PEO) 고체 고분자 전해질을 복합화하여 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 산화물 고체 전해질과 음극으로 사용한 리튬 금속 사이의 계면 안정성을 증가시켰다. 공기 양극의 집전체로 탄소 천을 사용하였으며 표면적이 전지의 용량이 되는 특성을 활용해 표면적이 높은 MWCNT를 함침하여 양극의 용량과 전자 전도성을 증가시켰다. Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 산화물 고체 전해질은 높은 밀도를 가지며 불순물 형성을 억제함으로써 높은 이온 전도도와 이산화탄소의 확산을 억제하는 방향으로 제작되었으며 PEO 고체 고분자 전해질은 이온성 액체 전해질 및 리튬 염의 복합화를 통해 상온에서 높은 이온 전도도를 갖추는 방향으로 제작되었다. 방전과정에서 공기 양극표면에 형성되는 Li₂CO₃의 높은 저항에 의한 사이클 안정성을 평가하기 위해 전기화학적, 물리적 특성을 분석하였다. 새로운 접근 방법으로 제작된 리튬 이산화탄소 전지는 구성 요소 사이의 계면 안정성이 향상되었고 사이클에서 충·방전 곡선의 안정적인 거동을 확인하였으며, 전기화학적 반응 동안에 이산화탄소의 포집, 저장을 확인하였다.