전 세계가 대용량 배터리 기술 개발에 심혈을 기울이고 있는 가운데 커피를 닦은 두루마리 휴지를 친환경 종이 배터리로 만들어 쓸 수 있는 기술이 산림청에 의해 개발됐다.

산림청 국립산림과학원(원장 이창재)은 울산과학기술원과의 공동 연구를 통해 커피에 적신 휴지를 친환경 종이 배터리 ‘슈퍼 커패시터’로 만드는 원천 기술을 확보했다고 27일 밝혔다. 슈퍼 커패시터(super capacitor)는 전기에너지를 빠르게 저장하고 공급하는 대용량 배터리로 전력을 모아 필요할 때 방출하고 전원이 끊겼을 경우 소전력을 공급하기 위해 사용된다. 현재, 스마트폰・블랙박스・전기 자동차 등 일상생활 곳곳에서 활용되고 있다.

종이 슈퍼 커패시터로 기존 전지 한계 극복

산림청 관계자는 흘린 커피를 닦기 위해 휴지를 사용하는 모습에서 아이디어를 얻었다고 전했다.

공동 연구팀은 커피 속에 있는 알칼리 금속이온을 활성화 촉매로 사용하는 방식으로 새로운 활성탄소를 생성, 커피에 적신 휴지를 가열해 친환경 종이 배터리 슈퍼 커패시터를 만들어냈다. 그동안 슈퍼 커패시터를 만들기 위해서는 활성화 물질로 수산화칼륨(KOH)이나 염화아연(ZnCl2) 등 인체에 유해한 물질이 주로 사용되어 작업자의 건강을 해칠 수 있었다. 또 부식이 심해 설비 시설의 수명을 단축시키는 등 높은 유지・보수 비용이 발생했었다. 하지만 이번 기술 개발로 인체 유해성을 해결하고 제조 공정의 경제성을 높일 수 있게 된 것이다.

새로 개발된 슈퍼 커패시터는 셀룰로오스 종이만을 탄화시켰을 때보다 성능이 우수하고 유연성(flexible)이 뛰어나다. 실험 결과, 커피 처리 없이 종이만 태웠을 때 보다 2배나 높은 정전용량을 보였으며, 1만 회의 충・방전 후에도 전지용량이 일정하게 유지 되는 등 배터리 수명이 더 길어지고 안정성이 뛰어난 것으로 나타났다. 또 일상생활에서 흔히 사용하거나 버려지는 휴지를 재활용할 수 있게 되었다.

이선영 국립산림과학원 목재가공과 연구관은 “지구상에서 가장 풍부한 식물 바이오매스의 35〜40%가 셀룰로오스로 구성돼 있고, 전극 소재인 셀룰로오스 종이를 얻는데 목재를 이용하면 배터리 제작비용을 절감 할 수 있다”라고 말했다.

공동 연구를 한 이상영 울산과학기술원 교수는 “커피 종이를 이용한 활성탄소 제조기술은 기존 유해 화학물질을 친환경 물질로 대체하고 제조 공정의 단순화로 경제성을 확보했다는 점에서 의미가 있다”라며 “종이 슈퍼 커패시터의 구현은 기존 전지의 구조적 한계를 극복할 수 있는 새로운 방향을 제시한 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 기술은 국내 특허출원을 마쳤으며 미국화학회에서 발간하는 SCI(과학논문인용색인) 국제저널인 ‘ACS(Applied Materials and Interfaces)’지 온라인 판에 게재됐다.