김명종 가천대 교수팀, 담배 연기 활용 '슈퍼커패시터 소재 제작법' 개발

김명종 가천대 교수(오른쪽)와 찬단 쿠마르 메이티 박사 후 연구원./사진제공=가천대

가천대학교는 최근 김명종 화학과 교수 연구팀이 담배 연기 속 독성물질인 에어로졸로 유용한 축전기용 그래핀을 제작하는 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.

담배 연기는 5000여개의 무·유기 성분으로 구성된 혼합 에어로졸이다. 연구팀은 이 독성 오염 물질로부터 부가가치가 높은 슈퍼커패시터(전자 회로에 충전기 역할을 하는 부품) 소재를 개발했다.

담배 연기 중 유기 성분을 지닌 독성 오염 물질은 탄소점(carbon dot, 그래핀 퀀텀닷)의 전구체로 활용할 수 있다. 김 교수팀은 고에너지 밀도 슈퍼커패시터 전극을 제작하기 위해 질화붕소(BN)와 함께 탄소점을 추가로 사용했다. 폐기물 성분인 담배 연기를 이용해 고에너지 밀도의 슈퍼커패시터용 복합 전극과 탄소점을 합성한 사례는 이번이 처음이다.

이 방법은 대규모 담배 연기 추출물 제조에도 적용 가능하다. 공공장소 흡연실의 배기를 용매 채널에 통과시키면 오염된 공기를 정화하고 담배 연기 에어로졸 추출물을 얻을 수 있다.

김 교수는 "금속-탄소 기반 전극을 이용해 값싼 에너지 저장 장치를 제작하고 동시에 담배 연기의 독성과 공해라는 문제를 해결할 수 있게 됐다"며 "자동차와 전자 산업에도 적용할 수 있도록 후속 연구를 이어가겠다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 찬단 쿠마르 메이티(Chandan Kumar Maity) 가천대 박사 후 연구원이 제1저자로, 김 교수와 가네쉬 샨드라 나약(Ganesh Shandra Nayak) 인도 공과대학 교수가 교신저자로 참여했다. 연구결과는 'Aerosol derived carbon dots decorated boron nitride supported Zn-doped MoS2 for high performing flexible asymmetric supercapacitor'라는 제목으로 국제 학술지 'Composite Part B'(JCR: 상위 0.8%, IF: 13.1) 9월호에 게재됐다.

김명종 화학과 교수팀의 연구 모식도./사진제공=가천대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr