미래의‘종이배터리’개발, 청신호를 밝혀…
- 국립산림과학원, 울산과기대와 공동으로 나무를 이용한 플렉시블
종이 리튬이온전지 개발을 위한 원천기술 세계 최초 확보 -

국립산림과학원(원장 윤영균)은 나무에서 추출한 나노셀룰로오스(Nanocellulose)를 이용하여 제조한 나노종이 분리막에 전극을 물리적으로 결합해 ‘플렉시블 종이 리튬이온전지’를 만드는 원천기술을 세계 최초로 확보했다고 30일 밝혔다.
2013년 리튬이온전지와 분리막의 세계시장은 각각 약 22조원과 약 2조원에 달한다. 시장 규모는 2018년까지 모두 160% 증가할 것으로 예상되고 있다.
특히 최근 둥글게 말 수 있는 롤업(Roll-up) 디스플레이, 입을 수 있는 전자소자 등 다양한 디자인으로 활용 가능한 플렉시블 리튬이온전지에 대한 필요성이 부각되고 있는 가운데 이번에 개발된 기술이 세계적으로 주목을 받을 것으로 전망된다.
 기존 리튬이온전지는 음극, 분리막, 양극, 전해질로 구성되는데 물리적 유연성이 매우 부족하다. 음극과 양극에 들어가는 바인더는 전극의 전자전도도뿐 아니라 에너지 밀도를 감소시킨다. 고비용 공정과 상대적으로 낮은 생산성도 단점이다.
반면 나무에서 추출해서 만든 나노셀룰로오스를 이용한 플렉시블 종이 리튬이온전지는 분리막과 전극 간 계면이 매우 안정적이며 우수한 기계적 물성 확보가 가능하다. 특히 다양한 외력에 의한 형태 변형 상황에서도 안정적인 전지 성능을 구현할 수 있다는 장점이 있어 다양한 종류의 전기화학소자로 널리 활용할 수 있게 됐다.
이 기술은 국립산림과학원 이선영 박사 연구팀과 울산과학기술대학교 이상영 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 개발된 국내 원천기술이다. 이는 차세대 플렉서블 리튬이온전지를 개발하는데 핵심기술로써 꿈의 종이배터리 개발에 청신호를 밝힌 것으로 알려졌다.
특히 이 기술은 산림과학과 에너지공학 분야에서 협업(協業)을 통해 이룬 성공적인 창조경제의 또 하나의 모델로 인정받을 것으로 예상된다.
국립산림과학원 이선영 박사는 “플렉시블 종이 리튬이온전지의 셀룰로오스 나노섬유 전극 일체형(一體型) 분리막은 기존 리튬이온전지의 분리막 소재인 다공성 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 금속전극을 대체할 수 있는 원천 기술”이라면서 “나무에서 얻을 수 있는 친환경 재료를 활용했다는 게 특징”이라고 강조했다.
또 공동연구자인 울산과기대 이상영 교수는 “전지의 형태 변형으로부터 유발될 수 있는 전지 발화 및 폭발 등의 위험을 억제시켰다”면서 “별도의 바인더를 필요로 하지 않기 때문에 이온전도도 및 전자전도도가 우수해 고용량 및 고출력을 구현할 수 있다”고 설명했다. 이번 연구는 나노 분야의 세계적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters' 9월 16일자 온라인으로 게재되었다. 
이제 막 꿈의 종이배터리 개발을 향한 첫발을 내디뎠다. 앞으로 국립산림과학원과 울산과기대는 세계 최초로 나노셀룰로오스로 만든 전극과 분리막을 일체화시킨 3차원 구조의 플렉시블 종이 배터리를 개발하는 데 더욱 박차를 가할 계획이다.

▶ 내용문의 : 국립산림과학원 임산공학부 목재가공과 박상범 과장, 이선영 연구관(02-961-2723)