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탄소섬유강화플라스틱 폐기물, 배터리 전극으로 99% 재활용
출처
동아사이언스
작성일
2024년 04월 05일
조회수
90534
첨부파일


탄소복합소재를 물로 재활용하기 전(왼쪽)과 후의 이미지. CFRP는 재활용 전 원소재, N-CF는 질소를 도핑한 탄소섬유를 의미한다. KIST 제공.



탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 산업 분야에서 활용도가 높지만 자연분해되지 않아 재활용이 시급하다. 국내 연구팀이 CFRP를 배터리 전극재로 재활용, 업사이클링할 수 있는 기술을 개발했다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 정용채 RAMP융합연구단 단장 연구팀이 일정 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 방법을 찾았다고 5일 밝혔다.

 

초임계는 임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 물질 상태를 의미한다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 밀도를 가져 CFRP에 든 에폭시만 선택적으로 제거해 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매 등을 사용하지 않고 물만 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다.

 

아미노산의 일종인 글라이신을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 업사이클링은 재활용품의 가치를 더욱 높이는 작업으로, 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기 전도성을 가진다.

 

수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용 및 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구가 처음이다.

 

 

지금까지 재활용된 CFRP 섬유는 불균일한 성질 때문에 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 반면 연구팀이 만든 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다.

 

정 단장은 “전 세계적으로 CFRP 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”며 “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘카본’ 최신호에 실렸다.


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