국립산림과학원과 울산과학기술대는 나무에서 추출한 셀룰로오스로 제조한 나노종이 분리막과 전극을 이용해 종이처럼 휘어지는 배터리(플렉시블 종이 리튬이온전지) 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

▲ 종이전지 제직 과정.

‘휘어지는 종이 배터리’는 최근 첨단 분야로 각광받고 있는 롤업 디스플레이와 옷처럼 입을 수 있는 전자소자 등 다양한 디자인으로 활용 가능하기 때문에 세계적으로 주목 받을 것으로 전망된다. 종이 배터리는 기존의 플라스틱 분리막을 대체하기 때문에 전극(+-) 간 계면이 매우 안정적이고 우수한 기계적 물성 확보가 가능하다. 특히 외부 압력에 의한 형태 변형에서도 전지 성능을 구현할 수 있어서 여러 전기화학 소자로 다양하게 활용될 수 있다.

리튬이온전지와 이 전지에 포함되는 분리막의 세계 시장 규모는 2013년 기준 각각 약 22조원과 2조원에 달한다. 시장 규모는 2018년까지 160% 증가할 것으로 예상되고 있다. 이번 연구는 나노 분야의 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 인터넷 판에 9월 16일 게재됐다. 이번 성과는 산림과학과 에너지공학이 협업으로 이룬 창조경제의 성공 모델이라는 평가를 받고 있다.

▲ 나노레터스 논문 표지(왼쪽)와 플렉시블 리튬이온전지 특성.

산림과학원 이선영 박사는 “플렉시블 종이 리튬이온전지의 나노종이 전극 일체형 분리막은 나무에서 얻은 천연재료로 기존 이온전지의 분리막 소재인 다공성 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 전극을 완전히 대체할 수 있는 원천 기술”이라면서 “이제 종이 배터리라는 꿈의 기술에 첫발을 내디뎠다”고 강조했다.

울산과기대 이상영 교수는 “전지의 형태 변형으로부터 유발될 수 있는 전지 발화 및 폭발 등의 위험을 억제시켰다”면서 “별도의 바인더를 필요하지 않기 때문에 이온전도도 및 전자전도도가 우수해 고용량 및 고출력을 구현할 수 있다”고 설명했다.

한편, 산림과학원과 울산과기대는 세계 최초로 나노셀룰로오스로 만든 전극과 분리막을 일체화시킨 3차원 구조의 플렉시블 종이 배터리를 개발하고 상용화하는 공동 연구를 계속 추진할 계획이라고 밝혔다.