담배꽁초서 차세대 배터리 신소재 발견

서울대학교 이종협 교수 연구팀 보고

쓰레기에 불과한 담배꽁초에서 신소재를 만들어내는 연구가 국내에서 성공했다는 소식이 외신을 통해 전해졌다.

9일 주요 외신에 따르면 서울대학교 이종협 교수 연구팀은 최근 나노테크놀로지(Nanotechnology)지에 논문을 게재하고 담배꽁초 필터부에서 ‘전기이중층커패시터’의 신소재를 만들어내는 데 성공했다고 밝혔다.

‘슈퍼커패시터’, ‘골드커패시터’, ‘울트라커패시터’라고도 불리는 전기이중층커패시터는 대용량, 급속충방전이 특징이며 기존의 배터리를 대체하는 차세대 축전 장치로 주목받고 있다.

이 기술은 전기자동차, 휴대폰, 에너지수확기술, 재생에너지 등 다양한 목적으로 사용된다. 슈퍼커패시터는 신뢰성이 높고 수명이 길며, 급속 충방전이 가능할 뿐 아니라 저온에서도 성능이 떨어지지 않는 특징을 지녔다. 긴급 시 백업 전원 등에도 사용되고 있다.

서울대 연구팀은 담배꽁초의 필터부에 포함된 셀룰로오스 아세테이트를 질소 가열함으로써 발생하는 탄소계 물질이 전기이중층커패시터에 매우 적합한 것으로 밝혀냈다.

특히 매년 77만6천571톤에 해당하는 담배꽁초에 전세계적으로 사용되는 환경기금을 절약하는 데에도 이번 연구가 도움을 줄 것으로 기대했다. 한마디로 사회의 에너지 요구를 충족시켜주는 그린 솔루션인 셈이다.

이번 발견을 통해 그래핀(탄소원자들이 벌집 모양으로 얽혀 있는 얇은 막 형태의 나노 소재)과 탄소나노튜브소재를 사용한 전기이중층커패시터보다 높은 성능의 전기이중층커패시터를 만들 수 있게 됐다는 것이 외신의 설명이다.

현재 전세계 과학자들은 전기이중층커패시터의 특성을 개선하기 위해 노력하고 있다. 이에 서울대 연구팀은 담배 필터 주요 구성 물질인 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 열분해라는 간단한 원스텝 레코딩 기술을 이용해 탄소계 물질로 변환시킬 수 있다는 것을 보여줬다.

한 시장보고서에 의하면 슈퍼커패시터를 생산하거나 생산할 의향을 보이고 있는 제조업체의 55%는 동아시아에 집중돼 있으며, 북미가 28%, 유럽이 7%를 차지하고 있다. 약 10년 후에는 110억 달러 이상 규모의 시장이 출현할 가능성도 제기되고 있다.

한편 최근 카이스트 신소재공학과 강정구 교수팀도 금속유기물질을 이용한 슈퍼커패시터 개발에 성공했다. 이 연구팀은 저장용량을 기존 배터리보다 6배 이상 늘리면서도 1만 번 이상 충방전을 반복해서 성능이 유지되는 차세대 에너지 저장 소재를 개발했다.