귤 향기 나는 배터리 자몽 껍질 활용한 신개념 에너지 저장장치
귤 향기 나는 배터리 자몽 껍질 활용한 신개념 에너지 저장장치
귤 향기 나는 배터리 자몽 껍질 활용한 신개념 에너지 저장장치
리튬이온 배터리는 스마트폰부터 전기자동차까지 현대 생활의 핵심 에너지 저장 장치로 자리 잡았지만, 폭발 위험, 자원 고갈, 환경 문제 등의 과제가 여전히 남아 있다.
이를 해결하기 위해 전 세계 연구자들은 자연에서 해법을 찾고 있으며, 과일 향기 성분이나 껍질 소재를 활용해 배터리 전극을 개발하는 다양한 방식을 모색하고 있다.
아미노산과 비타민을 이용한 음극 합성 기술
미국 텍사스 A&M대학교 연구진은 동식물에서 얻을 수 있는 천연 물질을 활용해 배터리 음극 재료로 사용할 수 있는 고분자를 합성했다고 미 국립과학원 회보(PNAS)를 통해 발표했다.
이 연구는 배터리의 음극 이온이 양극으로 이동하며 전류를 발생시키는 기본 원리를 기반으로 한다.
합성된 고분자는 천연 아미노산인 L-글루탐산을 기반으로 한 폴리펩타이드 구조로 이루어져 있으며, 이를 리보플라빈(비타민 B2)과 결합하여 충전 및 방전 효율을 높였다.
리보플라빈은 에너지를 저장하고 전자 교환을 담당하며, 배터리 성능 향상에 핵심적인 역할을 맡는다.
연구를 이끈 카렌 울리 교수는 이 소재가 환경 친화적이면서도 뛰어난 전기 저장 능력을 가지며, 차세대 배터리 구성 요소로 유망하다고 평가했다.
또한, 유기 고분자는 분해 및 재활용이 가능하도록 설계되었으며 독성이 낮아 생체 친화적인 활용 가능성도 확인되었다.
이는 웨어러블 장치나 의료용 이식형 기기에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
귤 향기 성분을 활용한 친환경 배터리 소재
귤이나 허브류에 포함된 테르펜(β-미르센)을 사용해 라디칼 고분자 전극을 개발한 사례도 주목받고 있다.
라디칼은 짝을 이루지 않은 전자를 가진 원자로, 라디칼 전도성 고분자는 투명성과 유연성이 뛰어나 미래 소재로 주목받고 있다.
퍼듀대와 오하이오대 공동 연구진은 식물에서 추출한 테르펜으로 친환경 고분자를 만들고 여기에 안정적인 라디칼을 결합해 전기와 이온 전달 효율이 높은 기술을 개발했다.
또한 탄소 분말과 환경 친화적인 염화리튬을 추가하여 전기 전도도를 크게 향상시켰다.
연구진은 이 방법이 열 및 전기적 성질 조절에 유리하며, 배터리 성능 최적화를 위한 적합한 소재임을 확인했다고 밝혔다.
셀룰로오스 기반 배터리: 성능과 비용의 균형
감귤 껍질 및 목화 펄프와 같은 식물성 자원에서 추출한 셀룰로오스를 활용해 배터리의 다양한 부품(전극, 전해질, 분리막 등)을 개발하는 연구도 진행 중이다.
중국 하얼빈 공과대와 동북전력대 연구진은 자몽 껍질에서 얻은 셀룰로오스를 이용해 유연하면서도 강도가 높은 아연이온 배터리를 제작했다.
이 배터리는 얇은 셀룰로오스 층 사이에 탄소나노튜브를 삽입한 샌드위치 구조를 통해 빠른 전기 및 이온 이동이 가능하도록 설계되었다.
비교적 안전한 수분 겔 형태의 전해질도 채택하면서 효율성을 높였다.
또한, 우한공업대 연구팀은 셀룰로오스와 탄소나노튜브를 복합화시켜 리튬이온 배터리 집전체로 활용할 수 있는 새로운 초경량 소재를 개발했다.
셀룰로오스 복합막을 적용한 결과 기존 알루미늄이나 구리 소재 대비 배터리 무게를 줄이는 동시에 에너지 저장 용량은 약 41% 증가했다.
생산 비용 역시 절반 이상 절감되며, 500번 이상의 충·방전 후에도 99.4%의 성능을 유지했다.
