▲ 그래핀-리그닌 하이브리드 및 에너지 발현 모식도.

국내 연구진이 목재 폐기물 바이오매스로부터 생체고분자인 리그닌을 추출 후 꿈의 신소재인 그래핀과 하이브리드화해 재생 가능한 에너지 저장용 전극소재를 개발했다.

경희대학교 박호석 교수팀, 한국과학기술연구원(KIST) 이현주 박사팀, 미국 메릴랜드 대학교 이상복 교수팀이 미래창조과학부와 한국연구재단이 시행하는 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행한 본 연구결과는 에너지·환경 분야의 국제학술지 ‘ChemSusChem’ 4월4일자 온라인 판에 Back cover 논문으로 게재됐다.

연구팀은 폐기돼 버려지는 목질계 바이오매스 내에 존재하는 리그닌 나노결정을 2차원 나노신소재인 그래핀과 하이브리드화시켜 고용량, 빠른 충·방전, 장기 내구성을 가지는 재생 가능한 친환경 슈퍼커패시터(supercapacitor)용 전극소재를 개발했다.

리그닌-그래핀 전극은 생체시스템에서 발견할 수 있는 산화·환원 반응을 리그닌에서 구현함으로써 충전용량을 활성탄 전극(200F/g 이하)의 2배 이상인 432F/g까지 증가시켰을 뿐 아니라, 그래핀 본연의 우수한 전기적 특성, 넓은 표면적, 전기화학적 안정성을 이용해 높은 출력과 장기내구성을 동시에 달성할 수 있었다.

이번에 개발된 전극소재는 현재 상용화된 활성탄전극 대비 높은 용량과 출력, 장기 내구성을 동시에 갖춰 주목받고 있다. 또한 목재 폐기물로부터 저렴하고, 재생 가능한 유기물 기반의 친환경 전극 소재 개발기술을 확보했다는데 의미가 있다.

기존 무기물 기반 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, 다양한 소재개발이 요구돼 왔다.

경희대학교 박호석 교수는 “리그닌을 이용한 전극 활물질 개발로 바이오매스 분야에 새로운 응용 가능성을 제시하였다”고 밝혔다.