국내 연구진이 목재 폐기물로부터 추출한 생체고분자를 이용, 세계 최초로 재생 가능한 에너지 저장용 전극 소재를 개발했다.

박호석 경희대학교 교수, 이현주 한국과학기술연구원(KIST) 박사, 이상복 미국 메릴랜드대학교 교수 등의 연구팀은 목재 폐기물 바이오매스로부터 리그닌을 추출한 뒤 이를 그래핀과 하이브리드화해 재생 가능한 에너지 저장용 전극 소재를 개발했다.

기존의 무기물 기반 이차전지 소재는 값이 비싸고 재생이 어려운 단점이 있었다. 현재 상용화된 활성탄 전극 또한 제조 과정에서 900도 이상의 고온 탄화과정과 추가 활성화과정을 거쳐야 하는데다 전극 기준 용량이 제한돼 있었다.

연구팀은 폐기되는 목질계 바이오매스 내에 존재하는 리그닌 나노결정을 2차원 나노신소재인 그래핀과 하이브리드화했다. 이를 통해 고용량, 빠른 충방전, 장기 내구성 등을 가진 재생 가능한 친환경 슈퍼커패시터(전극과 전해질의 계면에서의 전기화학적 반응에 의해 에너지를 충전하는 에너지 저장 소자)용 전극소재를 개발했다.

리그닌-그래핀 전극은 생체시스템에서 발견할 수 있는 산화환원 반응을 리그닌에서 구현해 충전용량이 활성탄 전극(200F/g 이하)보다 2배 이상(432F/g) 높다.

또 그래핀이 가진 우수한 전기적 특성, 넓은 표면적, 전기화학적 안정성 등을 바탕으로 높은 출력과 장기내구성이 가능하다.

이번 연구 결과는 에너지환경분야 국제학술지 켐서스켐(ChemSusChem) 4월4일자 온라인판에 뒷표지 논문으로 게재됐다.