다 쓴 마스크로 배터리 부품 만든다

UNIST, 탄소나노튜브 생산 공정 개발해 특허출원

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 안광진 교수팀이 마스크 폐기물로 탄소나노튜브를 생산해 리튬이온 배터리의 부품 제작 공정개술을 개발해 영국왕립화학회가 발간하는 화학·환경 분야의 국제적 저명지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'에 표지 논문에 선정됐다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 안광진 교수팀이 마스크 폐기물로 탄소나노튜브를 생산해 리튬이온 배터리의 부품을 만드는 공정을 개발해 특허출원 했다.

연구진은 이 기술로 만든 탄소나노튜브를 리튬이온 배터리 양극의 도전재로 활용하는 것을 최초로 시도했으며, 배터리 충방전 테스트를 통해 상용 탄소물질을 능가하는 성능을 입증했다. 폐플라스틱 재활용으로 환경을 보호하고 첨단 산업에 사용될 수 있는 핵심 기술로 발전할 전망이다.

18일 UNIST에 따르면, 마스크 폐기물을 포함한 막대한 양의 폐플라스틱은 소각 및 매립으로 처리되고 있다. 현재 극히 일부만이 재활용되고 있다.

이번 공정기술 개발에 참여한 제 1저자 남언우 연구원은 "마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하고 배터리 성능을 연구한 것은 플라스틱 업사이클링의 좋은 개발 사례"라며 "공정은 마스크 폐기물에만 한정되는 것이 아니라 유사한 구조를 가진 다른 폐플라스틱도 적용이 가능하다"고 말했다.

마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하고 리튬이온 배터리의 도전재로 적용하는 연구의 전반적인 흐름을 나타내는 모식도. UNIST 제공

우선 마스크 폐기물에서 필터 및 귀 끈을 선별해 펠릿으로 제작한 뒤, 고온의 유동층 반응기에 주입해 열분해했다. 생산된 열분해 가스는 실린더에 저장하고 탄소나노튜브 합성용 화학기상증착 공정 반응기에 연결했다.

반응기가 고온에 도달하면 열분해 가스를 주입해 반응기 내에 탄소나노튜브를 성장시키는 방식으로 만들어냈다. 연구진은 이렇게 정제된 탄소나노튜브를 도전재로 적용하기 위해 활물질, 바인더와 함께 용매에 분산시켜 양극 슬러리를 만들고 알루미늄 호일에 주조해 양극판을 만들었다. 이후 양기판, 분리막, 액체 전해질 그리고 음극용 리튬 호일을 조립해 코인셀 배터리를 제작하고 성능을 테스트했다.

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 말했다.

한편, 안광진 교수는 이 공정기술 개발을 위해 충남대 이경진 교수, 서울시립대 서명원 교수가 공동으로 연구를 진행했고, 한국에너지기술연구원 라호원 박사팀, 한국탄소산업진흥원 박영수 박사팀, 한국화학연구원 임지선 박사, ㈜제이오 강득주 대표가 참여해 기술적으로 지원했다.

이를 통해 영국왕립화학회가 발간하는 화학·환경 분야의 국제적 저명지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'에 표지 논문에 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자