스웨덴 연구진, 얇고 강한 ‘종이 배터리’ 개발 무거운 배터리 안녕, 종이 한 장이면 충분 > 과 학

용량이 큰 보조 배터리의 최대 단점은 휴대하기가 너무 무겁다는 것이다. 최근 종이 한 장 크기의 ‘종이 배터리’가 개발돼 화제가 되고 있다.

연구팀이 개발한 종이 배터리. 접을 수 있을 정도로 얇고 강도가 높다. - 린셰핑대 제공
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매그너스 버그렌 스웨덴 린셰핑대(LiU) 물리전자공학과 교수가 이끈 연구팀은 전력을 공급하는 종이를 개발하는 데 성공했다고 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 2일 자 온라인판에 발표했다.

배터리 역할을 하는 박막은 이미 오래 전에 개발됐지만 지나치게 얇기만 해 활용이 어렵다는 한계가 있었다. 이번에 개발한 종이 배터리는 보통 종이처럼 종이접기를 할 수 있는 3차원 재료인 데다 접어도 망가지지 않을 정도로 강도가 높아 활용도가 높다.

단 몇 초만에 충전이 가능하고 수백 번까지 재충전해 사용할 수 있다는 장점도 있다. 지름 15cm인 종이 배터리 한 장에는 최대 1F(패럿)까지 전기를 저장할 수 있다. 이는 현재 시판되고 있는 ‘슈퍼커패시터’와 비슷한 수준의 에너지 밀도다. 슈퍼커패시터는 전기 용량이 큰 에너지 저장 장치로, 급속한 충전과 방전이 잦은 전자기기 등에 쓰인다.

한 연구원이 종이 배터리의 재료인 나노 셀룰로오스 섬유와 고분자 화합물이 섞인 액체를 샬레에 붓고 있다. - 린셰핑대 제공
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연구팀은 목재에서 얻은 셀룰로오스 섬유에 고압의 물을 쏴서 지름 20nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)까지 얇게 만들었다. 여기에 전기적으로 대전시킨 고분자 화합물을 가했더니 섬유 주변에 아주 얇은 코팅 막이 생기면서 전기가 잘 흐르는 소재가 만들어졌다.

연구팀의 제스퍼 에드버그 박사과정 연구원은 “헝클어진 코팅 섬유 사이의 빈 공간에 든 액체가 전해질 역할을 한다”며 “종이 배터리는 위험한 화학물질이나 중금속을 쓰지 않고 간단한 재료로 만들 수 있어 친환경적”이라고 말했다.

버그렌 교수는 “우리가 개발한 종이 배터리 소재는 전기가 잘 흐르면서도 에너지 저장 능력이 뛰어나다”며 “재생 에너지 분야에서 발생한 전기를 가볍고 안전하면서도 높은 용량으로 저장할 수 있을 것”이라고 말했다.


송경은 기자 kyungeun@donga.com

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