“하루 200만톤 배출” 골칫거리 커피찌꺼기…세계 최초 ‘일회용 배터리’로 재탄생

- 경희대 진성훈 교수 연구팀, 60일만에 생분

커피찌거기로 만든 일회용배터리.[경희대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 경희대학교 정보디스플레이학과 진성훈 교수 연구팀이 커피 찌꺼기를 활용해 세계 최초로 생분해 일회용 배터리를 개발했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈 테크놀로지’에 게재됐다.

전 세계적으로 하루에 약 200만 톤이 배출되는 커피 찌꺼기는 대부분 버려진다. 연구팀은 이런 커피 찌꺼기를 활용해 생분해가 가능한 프레임형 일회용 배터리를 개발했다. 이 배터리는 마그네슘 합금(AZ31)과 삼산화몰리브덴(MoO3)을 전극으로 사용하고, 커피 찌꺼기를 다공성 구조로 가공한 프레임 소재와 결합했다. 그 결과 높은 에너지 밀도를 유지하면서도 60일 이내에 자연 분해되는 친환경 구조가 구현됐다.

기존의 생분해 전자소자에는 PLA, 셀룰로오스 등 바이오폴리머가 주로 사용됐다. 진성훈 교수 연구팀은 커피 찌꺼기를 전자소자의 물리적 지지체이자 기능성 소재로 사용했다. 유기 폐기물의 자원화와 고기능 소재화를 동시에 실현한 세계 최초의 사례다.

생분해 배터리는 일반적으로 출력과 안정성의 문제가 있다. 연구팀은 마그네슘 합금과 삼산화몰리브덴 전극 조합을 통해 높은 에너지 밀도와 안정적 전압 출력을 확보했다. 동시에 생분해 기능도 갖추는 데 성공했다. 이는 친환경성과 성능을 동시에 충족시킨 새로운 접근이다.

커피 찌꺼기 기반의 다공성 프레임은 단순한 전극 구조를 넘어, 센서나 회로 등 다양한 전자소자와의 통합을 쉽게 하는 프레임형 구조로 설계됐다. 다양한 환경 감지 시스템이나 보안 기기에의 적용 가능성도 높였다. 연구팀은 배터리의 수명을 시스템 사용 주기와 일치시켰다. 의료용 임플란트나 환경 센서, 보안 장치 등에서 일정 기간 사용 후 자연 분해되는 트랜지언트 전자기기에 특화된 맞춤 설계다.

진성훈 경희대학교 교수.[경희대학교 제공]

이번 연구는 단순한 기술 구현을 넘어 전자산업의 패러다임 전환을 예고한다. 일정 사용 주기 후 폐기되는 환경 센서와 의료용 기기, 군사용 정보 태그 등에 즉시 적용할 수 있다. 기존 전자기기의 폐기물 문제를 줄이고, 제로 웨이스트 사회를 실현하는 데에도 이바지할 수 있다.

폐기물 업사이클링을 통한 고부가가치 소재 개발이란 점도 눈길을 끈다. 기업의 사회적 책임과 환경 경영(ESG)가 강조되는 사회적 분위기 속에서 산업에의 적용성과 사회적 가치 창출 가능성도 높다. 배터리 폐기물과 자원 고갈 문제는 지구적 난제기도 하다. 연구팀은 분해 가능한 에너지 저장소자라는 대안을 제시해, 기후 위기 대응을 위한 친환경 전자기술의 핵심 동력을 마련했다.

진성훈 교수는 “일상에서 쉽게 버려지는 커피 찌꺼기를 에너지 저장 장치로 전환해 지속가능한 전자기기 개발의 실질적 가능성을 확인했다”며 “이번 기술은 환경 센서, 의료용 임플란트, 보안용 일회용 디바이스 등 다양한 분야에서 실질적으로 응용할 수 있다”고 강조했다.