폭발 위험 없이 오래 쓰는 종이전지 핵심기술 개발

폭발 위험이 낮고 오래 쓰는 차세대 ‘리튬-황 종이전지’ 기술이 세계 최초로 개발됐다.

산림청 국립산림과학원과 울산과학기술원은 나무 세포를 얇게 쪼갠 차세대 친환경 소재인 ‘나노셀룰로오스(Nanocellulose)’를 이용, 기존 배터리보다 폭발 위험성이 매우 낮고 사용기간도 3배 이상 긴 리튬-황 종이전지 원천 기술을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

이번에 개발된 리튬-황 종이전지는 열에 따른 폭발 가능성이 높았던 기존의 플라스틱 ‘분리막(음극과 양극을 분리하면서 리튬이온을 이동시키는 막)’을 나노셀룰로오스로 대체해 폭발 위험성을 크게 낮춘 것이 특징이다. 특히 전극과 나노셀룰로오스 분리막을 일체형으로 만든 덕분에 전지가 구겨졌을 때에도 정상 작동하는 것으로 확인됐다.

리튬-황 전지는 기존의 리튬이온 전지에서 사용되던 코발트를 황으로 대체해 에너지 용량은 2배 이상 높고 원료 가격은 35분의 1수준으로 낮다. 그러나 황을 전극으로 사용할 경우 충전·방전을 반복할 때 부산물이 생성돼 전지의 용량·수명을 급격히 감소시키는 단점이 있었다.

이번에 개발된 리튬-황 종이전지는 황 부산물의 발생을 억제해 기존 리튬-황 전지보다 수명이 3배 이상 향상됐다. 전지의 형태 역시 자유롭게 변형할 수 있어 기존 리튬-황 전지보다 유연성은 2.5배 이상 향상됐고, 심하게 구겨진 상태에서도 전지의 성능이 정상적으로 구현된다. 이같은 특성 덕분에 몸에 착용해 사용하는 웨어러블 디바이스에도 폭넓게 활용이 가능하다.

이번 연구 결과는 이미 국내 특허가 출원된 상황이며 해외 특허출원도 준비 중이다. 관련 논문은 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘에너지와 환경과학’ 온라인판에 게재됐다.

국립산림과학원 이선영 연구관은 “리튬-황 종이전지는 재생가능한 자원인 나무를 통해 전지 원료를 얻은 점에서 성과가 있다”고 말했다. 공동연구를 수행한 울산과학기술원 이상영 교수는 “기존 소재로는 달성하기 힘들었던 고성능의 휘어지는 리튬-황 종이전지를 구현했다”고 덧붙였다.

대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr