좌측부터 연구에 참여한 장현지, 박연후 학생과 이정태, 고재흥, 유정목 교수 사진.(경희대 제공)/뉴스1

경희대는 생명과학대학 식물·환경신소재공학과 학부생인 장현지(17학번) 박연후 학생(17학번)이 식물생명공학 기술을 접목해 화학 성분을 개질한 포플러나무로 슈퍼커패시터(Supercapacitor)를 제작했다고 18일 밝혔다.

슈퍼커패시터를 통해 포플러나무의 친환경 에너지 저장 소재로의 응용 가능성을 확인한 셈인데, 새로운 식물 소재를 이용한 슈퍼커패시터는 야생 포플러나무보다 정전용량이 약 80% 향상된 것으로 나타났다.

현재 사용되는 에너지 저장 장치 대부분은 여러 환경 유해물질이 담겨 있다. 학계에서 자연에서 얻을 수 있는 친환경 소재 이용에 주목하는 이유다.

특히 목질 바이오매스(Biomass)는 지구상에서 생산되는 총 바이오매스의 90% 이상을 차지하는 가장 풍부한 탄소원이다. 친환경적으로 재생산도 가능하다.

경희대는 "다양한 식물 중 포플러나무는 바이오매스 생산량이 많고 환경적응력과 정화능력이 좋으며 생산단가도 낮아 바이오매스 생산 수종 중 가장 우수하다고 평가받는다"라고 설명했다.

목질 바이오매스는 셀룰로오스(Cellulose) 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 리그닌(Lignin) 등의 고분자 화합물의 축적으로 형성된다.

특정 목질 바이오매스는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 비율이 일정해 같은 목질 바이오매스를 사용하면서 전기화학에너지 저장 성능의 향상을 기대하기는 어렵다.

하지만 식물생명공학의 발전으로 바이오매스의 화학성분 조절이 가능해졌다. 장현지, 박연후 학생 연구팀은 포플러나무의 형질을 전환해 리그닌의 함량은 낮추고 셀룰로오스의 함량은 높인 포플러나무를 이용했다.

이 재료를 표면적이 넓은 다공성 카본으로 변환하고 이를 전극으로 만들어 슈퍼커패시터를 제작했다. 연구팀이 만든 슈퍼커패시터는 야생 포플러나무나 상용 슈퍼커패시터를 이용했을 때보다 향상된 에너지 저장 능력을 보였다.

또 연구팀은 야생 포플러나무나 형질 전환 포플러나무 모두 1만사이클(1사이클은 충전과 방전 1회) 동안 안정적으로 에너지 저장 능력을 유지해 에너지 저장 소재로의 활용이 가능함도 확인했다.

연구를 도운 이정태, 고재흥, 유정목 식물·환경신소재공학과 교수는 "세계 최초의 성과를 학부생이 이룬 점에 두 학생과 연구팀을 칭찬하고 싶다"라며 "학생들의 새로운 아이디어를 함께 발전시켜 연구를 계속하게 돕겠다"라고 말했다.

한편 연구 결과는 지난 9일자로 SCI 국제학술지인 '어플라이드 서피스 사이언스'(Applied Surface Science) 온라인판에 게재됐다.