美, 종이 활용해 성능 좋은 배터리를 만든다

- 빠른 충전과 높은 효율성 그리고 유연성 확보 -

- 단시일 내 상용화할 수 있는 기술로 평가 -

□ 종이를 활용한 새로운 에너지 저장장치 개발

 ○ 종이가 새로운 저장 에너지 저장장치 소재로 부각

  - 최근 디지털 카메라나 휴대폰 등에 가장 많이 사용되는 리튬 배터리보다 약 10배 성능이 우수한 새로운 에너지 저장장치가 종이를 활용해 새롭게 개발됐음.

  - 종이는 훌륭한 아이디어나 지식을 전달하는 최고의 도구였으며 인간사회와 과학 발전에 지대한 영향을 주었고, 다시 종이는 21세기 녹색에너지 솔루션을 제공하는 기술혁신 재료로 거듭날 것으로 기대됨.

  - 현재 미국을 위시한 세계 국가들은 그린 친환경 산업 확대에 따라 에너지 저장장치에 대한 관심이 크게 높아져 있으며 어떻게 하면 저렴한 비용을 높은 효율성을 가지 배터리나 축전기와 같은 저장장치를 개발하는데 열을 올리고 있음.

 ○ 미국 스탠포드 대학에서 개발된 새로운 에너지 저장장치

  - 미국 스탠포드 대학의 Department of Materials Science and Engineering의 조교수인 Yi Cui 연구 팀이 개발한 일반 종이에 탄소나노튜브, 잉크를 이용해 만든 배터리 관련 기술을 지난 2009년에 12월에 발표

  - 일반적인 종이에 탄소 나노 튜브와 실버 나노 와이어로 만든 잉크를 간단히 코팅하고 이를 오븐에 연을 가해 말리면 아주 쉽고 편리하게 아주 높은 전도성 대용량 축전지를 만들 수 있으며 접거나 구겨지더라도 성능엔 아무런 지장을 주지 않는 것으로 밝혀져 다양하게 적용할 수 있을 것으로 기대

  - 배터리처럼 축전지는 전하를 보유하지만 보유시간이 짧으며 배터리보다 단시간에 충전과 방전이 이뤄지는 특징이 있음.

  - Cui 박사의 연구 내용과 결과는 2009년 12월에 미국 국립 과학원 회보에 에너지 저장장치를 위한 전도성이 뛰어난 종이(Highly Conductive Paper for Energy Storage Devices)라는 제목으로 발표됐음.

종이를 활용한 에너지 저장 창치를 만드는 그림

 ○ 종이를 이용한 저장장치 특징

  - 탄소 나노 튜브와 실버 나노 와이어와 같은 나노 재료들은 매우 작은 직경의 1차원 구조를 가지는 특징이 있으며, 이 작은 직경은 섬유 조직을 가진 종이에 나노 재료 잉크가 강력하게 부착될 수 있게 해주고 축전지의 내구성을 강화시킴.

  - 연구팀은 종이를 기반으로 만들어진 초고용량 축전지는 동일한 크기의 리튬 배터리보다 약 4만 번의 충전 및 방전주기를 지속할 수 있고, 또 나노재료는 일반적인 도체보다 더 효율적으로 전기를 이동시키기 때문에 이상적인 도체를 만들어낼 수 있다고 밝힘.

  - Cui 박사는 이전에 플라스틱과 나노 재료를 활용해 에너지 저장장치를 개발한 적이 있으나 종이를 이용한 방법이 좀 더 높은 내구성과 쉽게 접을 수 있고 심지어는 산성 용액에 담가도 에너지 저장 성능에 변화가 없다는 것을 밝혀냈음.

□ 시사점

 ○ 많은 장점을 가지고 있어 빠른 실용화 전망

  - 종이를 사용해 만들어진 초고용량 축전지는 전기를 신속하게 전달이 요구되는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 유용하게 사용될 것으로 전망됨.

  - 그리고 최근에 급부상하는 지능형 전력망 구축에 절대적으로 필요한 대용량 저장장치에 종이를 활용한 축전지가 크게 활용될 것으로 기대됨. 예를 들면 야간에 발생하는 유휴전기를 저장해 전력 소비량이 많은 낮시간에 사용

 ○ 전망

  - 캘리포니아 주립대학 버클리 캠퍼스의 화학과 교수인 Peidong Yang 교수는 이번에 개발된 기술은 비용이 저렴하고 어느 전자제품에도 사용할 수 있다는 장점이 있어 짧은 시간 내에 상용화될 가능성이 크다고 밝혔음.

 자료원 : 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences), www.cell-systems.net, www.stanford.edu, KOTRA 시카고KBC 종합 및 의견