안광진 교수팀, 폐플라스틱로 첨단 물질 ‘탄소나노튜브’ 생산
배터리 도전재로 사용해 용량과 수명향상…국제학술지 게재

마스크 폐기물을 첨단 물질로 가공해 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 울산과학기술원 연구팀에 의해 개발됐다. 

 

폐플라스틱 재활용으로 환경을 보호하고 첨단 산업에 사용될 수 있는 핵심적인 기술로 발전할 것으로 기대된다. 

 

▲ 안광진 교수와 제1저자 남언우 연구원 [울산과학기술원 제공]

 

UNIST(유니스트·총장 이용훈)는 에너지화학공학과 안광진 교수팀이 마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하고, 리튬이온 배터리의 양극 도전재로 적용하는 공정을 개발했다고 18일 밝혔다.

열분해는 대표적인 화학적 재활용 방식 중 하나로, 폐플라스틱으로부터 열분해유와 탄화수소 가스를 생산하는 기술이다. 이 과정에서 생성된 메탄·에틸렌·프로필렌 등의 탄화수소 가스는 고부가가치 탄소 소재인 탄소나노튜브(CNT) 합성을 위한 원료로 이용된다. 

안광진 에너지화학공학과 교수는 “‘열분해’와 고온에서 탄화수소를 분해하는 ‘화학기상증착’ 두 가지 기술을 순차적으로 활용하면 폐플라스틱을 업사이클링해 첨단 소재인 탄소나노튜브를 생산할 수 있다”고 언급했다.

탄소나노튜브는 리튬이온 배터리의 양극 도전재로 많은 관심을 받고 있다. 도전재는 배터리의 용량을 결정하는 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진시키는 물질이다. 탄소나노튜브를 도전재로 활용하면 기존의 카본블랙 소재보다 높은 표면적 및 전도성을 가진다. 즉, 도전재 사용량을 줄이는 동시에 활물질의 투입량을 늘려 배터리의 용량과 수명을 향상시킬 수 있다

안광진 교수는 “다양한 대학과 기관의 협업으로 큰 성과를 낼 수 있었다”며 “향후 해당 공정에 대한 스케일 확장 및 산업적 구현 가능성을 파악하기 위해 경제성 및 환경성 평가를 수행할 계획”이라고 후속 연구 계획을 전했다. 

서울시립대 서명원 교수는 “기존 탄소나노튜브 생산법과는 달리 마스크 등 고형 폐기물의 열분해로 생산된 가스들을 별도의 분리 공정 과정 없이 이용 가능한 것이 이번 연구의 차별점”이라며 “이번 성과는 환경적 측면과 각종 첨단 산업에서 핵심적인 기술이 될 것”이라고 전망했다.

충남대학교 이경진 교수는 “본 연구는 앞으로의 폐플라스틱 업사이클링 및 활용 연구에 대한 새로운 이정표가 될 것”이라며 “탄소나노튜브를 배터리 도전재로 사용하면 배터리의 용량을 크게 향상시킬 수 있는데, 이번 공정을 통해 폐플라스틱으로도 생산 가능하다는 점은 상당한 파급력을 가지고 올 것”이라고 덧붙였다.

연구 성과는 산업통상자원부의 소재부품기술개발-전략핵심소재자립화 기술개발 사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단의 선도연구센터 집단연구과제(ERC)에서 연구비를 지원으로 수행됐다. 

 

영국왕립화학회가 발간하는 화학·환경 분야의 국제적 저명지인 그린 케미스트리(Green Chemistry) 표지에 소개됐다. 9월 11일 자 온라인으로 게재됐으며 해당 연구성과는 특허출원됐다.

 

▲ 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하고 리튬이온 배터리의 도전재로 적용하는 연구의 전반적인 흐름을 나타내는 도식도 [울산과기원 제공]

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr

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