목재 폐기물로 리그닌-그래핀 슈퍼커패시터 전극 소재개발

국내 연구진이 목재 폐기물로 그래핀과 재생 가능한 에너지 저장용 전극 소재를 개발했다.

미래창조과학부는 박호석 경희대학교 박호석 연구팀이 목재 폐기물 바이오매스로부터 생체고분자인 리그닌을 추출 후 그래핀과 하이브리드화해 재생 가능한 에너지 저장용 전극 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

기존의 무기물 기반의 이차전지 소재는 값이 비싸고 재생이 어렵다는 경제적·환경적 문제점을 안고 있다.

현재 상용화된 활성탄 전극은 제조 과정에서 고온(900℃ 이상)의 탄화과정과 추가적인 활성화과정을 거쳐야 하고 전극 기준 용량이 제한돼 있어 현재 다양한 소재개발 연구가 진행 중이다.

이에 연구진은 폐기돼 버려지는 목질계 바이오매스 안에 존재하는 리그닌 나노결정을 2차원 나노신소재인 그래핀과 하이브리드화시켜 고용량, 빠른 충·방전, 장기 내구성을 가지는 재생 가능한 친환경 슈퍼커패시터용 전극소재를 개발했다.

리그닌-그래핀 전극은 생체시스템에서 발견할 수 있는 산화·환원 반응을 리그닌에서 구현해 충전용량을 활성탄 전극(200F/g 이하)의 2배 이상인 432F/g까지 증가시켰다.

뿐만 아니라 그래핀 본연의 우수한 전기적 특성, 넓은 표면적, 전기화학적 안정성을 이용해 높은 출력과 장기내구성을 동시에 달성할 수 있었다.

박 교수는 “리그닌을 이용한 전극 활물질 개발로 바이오매스 분야에 새로운 응용 가능성을 제시한 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 에너지·환경 분야의 국제학술지 켐서스켐(ChemSusChem) 4월 4일자 온라인 판에 뒷 표지(Back cover) 논문으로 게재됐다.

◆ 슈퍼커패시터(supercapacitor)란 전극과 전해질의 계면에서의 전기화학적 반응에 의해 에너지를 충전하는 에너지 저장 소자다. 리튬이차전지에 비해서 높은 출력, 빠른 충·방전 속도 및 장기안정성의 장점을 가지고 있다.

김은경 기자 cr21@