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2015년 6월 6일 토요일

말랑말랑 나무로 만든 배터리?



(CNF 기반의 배터리. The experimental battery withstands being squeezed, making it less fragile than "hard" batteries (Credit: Max Hamedi and Wallenberg Wood Science Center)  )


 지난 수십 년간 배터리 기술은 눈부신 발전을 거듭했습니다. 과거 주로 사용되던 무거운 배터리들은 리튬 이온 배터리처럼 가볍고 성능 좋은 새로운 배터리로 바뀐지 오래입니다. 이런 배터리 기술의 진보는 현재의 IT 혁명을 가능하게 만든 주역인 것은 물론 전기 및 하이브리드 차량에 사용되어 교통 등 다른 분야에 혁신까지 일으키고 있습니다. 

 그러나 현재의 배터리 기술이 완벽하지는 않습니다. 리튬은 매장량이 많지 않은 비싼 자원이며 열에 약하고 화재의 위험성이 있습니다. 특히 웨어러블 기기의 시대가 오면서 단단한 고체 형태인 리튬 이온 배터리의 단점은 더 크게 부각될 수 밖에 없습니다. 필요는 발명의 어머니라고 이제 리튬 이온 배터리를 넘어설 새로운 배터리의 요구가 커진 셈이죠.

 스웨덴 왕립 기술원(KTH Royal Institute of Technology)과 하버드 대학의 연구팀은 일반적으로 배터리의 소재로는 상상하기 힘든 물질을 사용해 말랑말랑한 형태의 배터리를 개발했습니다. 이들이 주목한 소재는 목재를 기반으로 한 신소재인 CNF(Cellulose NanoFibrils)입니다. 

 셀룰로오스 섬유는 목재에 풍부한 물질입니다. 하지만 상식적으로 생각해도 셀룰로오스는 배터리의 소재로 삼기에는 적당하지 않습니다. 그러나 나무에서 추출한 셀룰로오스 섬유를 매우 미세하게 나눈 소재인 CNF는 여러 가지 재미있는 성질이 있어 주목받고 있습니다. 실제 셀룰로오스 섬유의 1/100만 에 지나지 않은 이 나노섬유는 반도체 등 여러 가지 소재로 개발이 진행 중입니다. (  http://jjy0501.blogspot.kr/2015/05/flexible-biodegradable-cellulose-nanofibril.html 참조) 

 CNF는 아주 가벼우면서 다공성 소재를 만드는데 적당하기 때문에 연구팀은 이를 기반으로 에어로젤과 비슷한 3차원 소재를 만드는 연구를 진행했습니다. 연구팀에 의하면 이는 원자레벨까지 내려가는 매우 복잡한 작업이라고 합니다. 연구팀은 CNF 소재로 만든 다공성의 3차원 소재에 특수한 잉크를 이용해서 전기를 저장할 수 있도록 개조했습니다.   

 이런 방식으로 연구팀은 CNF를 기반 소재를 이용해서 말랑말랑한 배터리를 만드는데 성공했습니다. 이 새로운 배터리는 스펀지처럼 쥐어짤수 있으며 말랑말랑합니다. 따라서 용도에 따라 다양한 모양으로 가공이 가능합니다. 물론 기존의 배터리와 달리 충격에 강하면서 매우 가벼운 특징을 가지고 있습니다.

 물론 상용화를 위해서는 수명, 성능, 안전성 및 경제성의 여러 가지 문제를 해결해야 하지만, 매우 독특한 형태의 배터리라는 점은 의심의 여지가 없어 보입니다. 과연 앞으로 CNF 기반 배터리가 여러 가지 웨어러블 기기에 탑재될 수 있는 신축성 있는 배터리로 발전할 수 있을지 미래가 주목됩니다.  


 참고


Journal Reference:
  1. Gustav Nyström, Andrew Marais, Erdem Karabulut, Lars Wågberg, Yi Cui & Mahiar M. Hamedi. Self-Assembled Three-Dimensional And Compressible Interdigitated Thin Film Supercapacitors And BatteriesNature Communications, May 29, 2015 DOI:10.1038/ncomms8259

  

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