경희대, 포플러나무 활용 친환경 에너지저장 소재 발명

리그닌↓셀룰로오스↑..에너지 저장성능 향상

(지디넷코리아=김민선 기자)경희대학교는 생명과학대학 식물·환경신소재공학과 학부생들이 포플러 나무를 친환경 에너지 저장 소재로 활용하는 방안을 제시했다고 18일 밝혔다.

연구에 참여한 학생은 식물·환경신소재공학과 장현지(17학번), 박연후 (17학번) 등이며, 같은 과 이정태, 고재흥, 유정목 교수가 동참했다.

이번에 사용된 포플러나무는 식물생명공학 기술을 접목해 화학 성분을 개질한 것으로, 이를 이용해 슈퍼커패시터를 제작하면 야생 포플러나무에서보다 정전용량이 약 80% 향상된다. 형질전환 포플러나무를 분쇄해 가루로 만들고, 수산화칼륨과 함께 고온에서 탄화 및 활성화를 동시에 진행해 슈퍼커패시터 소재를 합성한다

경희대가 형질전환 포플러나무를 이용해 에너지 저장용량을 늘린 슈퍼커패시터 소재를 발명했다. 형질전환 포플러나무는 야생 포플러나무에 비해 전력 저장량이 더 많다.

특정 목질 바이오매스는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 비율이 일정해 같은 목질 바이오매스를 사용 하면서 전기화학에너지 저장 성능의 향상을 기대하기 어렵다. 

이에 연구팀은 포플러나무의 형질을 전환해 리그닌의 함량은 낮추고 셀룰로오스의 함량은 높인 포플러나무를 이용했다. 이 재료를 표면적이 넓은 다공성 카본으로 변환하고 이를 전극으로 만들어 슈퍼커패시터를 제작했다.

연구팀이 만든 슈퍼커패시터는 야생 포플러나무나 상용 슈퍼커패시터를 이용했을 때와 비교해 확연히 향상된 에너지 저장 능력을 가졌다. 연구팀이 만든 슈퍼커패시터는 야생 포플러나무로 만든 슈퍼커패시터보다 80% 이상 향상된 정전 용량을 보였다. 또한 야생 포플러나무나 형질 전환 포플러나무 모두 1만 사이클(1사이클: 충전과 방전 1회) 동안 안정적으로 에너지 저장 능력을 유지해, 에너지 저장 소재로의 활용이 가능함도 확인했다.

장현지 학생은 “바이오매스의 화학성분 변화가 에너지 저장 특성에 미치는 영향에 이해를 높였고, 앞으로 식물생명공학기술을 이용하여 이상적인 화학 성분을 가진 바이오매스를 디자인할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

박연후 학생은 “연구 수행 중 새로운 아이디어가 많이 떠올랐다. 이를 발전시켜서 흥미롭고 인류에 도움이 될 연구를 수행해 나갈 것”이라고 설명했다.

이정태 교수는 “세계 최초의 성과를 학부생이 이룬 점에 두 학생과 연구팀을 칭찬하고 싶다”며 “코로나19로 강의실에서 학생을 만나는 기회는 줄어들었지만, 학생들의 새로운 아이디어를 함께 발전시켜 탁월한 연구를 계속하게 돕겠다”고 말했다.

관련 연구 결과는 ‘Surface characteristics of porous carbon derived from genetically designed transgenic hybrid poplar for electric double-layer capacitors’라는 논문으로 SCI 국제학술지인 '어플라이드 서피스 사이언스' 온라인판에 이달 9일 게재됐다.

김민선 기자(yoyoma@zdnet.co.kr)