자연서 찾은 소재로 신재생에너지 개발

태양·나무 등 활용 2차전지 연구… 상용화 기술 탄력

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태양, 나무 등 자연을 활용한 차세대 신재생에너지 기술이 국내 연구진에 의해 속속 개발되고 있다.

미래창조과학부 글로벌프런티어 멀티스케일에너지시스템연구단의 김범준·김택수 교수팀은 '유기태양전지'의 성능을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다.

유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 이용해 만들기 때문에 휘어지는 디스플레이나 스마트 안경 등 웨어러블 기기의 에너지원으로 주목받고 있다.하지만 기존 유기태양전지에 사용해온 축구공 모양의 저분자 '풀러렌'이 잘 깨지는 성질이 있어서 휘어지는 소자로 상용화하는 데 어려움이 있었다 연구팀은 풀러렌을 대체할 물질로 'N형 전도성 고분자' 물질을 개발했다. 이 물질로 만든 전지는 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 뛰어난 것으로 나타났다. 효율 역시 6.64%로 상용화에 근접한 수치를 기록했다.김범준 교수는 "고분자를 이용, 태양전지 효율을 높일 뿐만 아니라 소자의 기계적 특성을 획기적으로 높일 수 있음을 확인했다"며 "다양한 부착형, 휴대형 소자 구현을 앞당겨 산업계에 큰 파급효과가 있을 것"이라고 말했다.

자유자재로 접을 수 있는 종이 배터리도 개발됐다. 국립산림과학원 이선영 박사팀과 울산과학기술원 이상영 교수팀은 종이학같이 접을 수 있고, 기존 전지보다 3배 이상 오래 쓸 수 있는 차세대 종이 리튬이온전지 제조 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

스마트폰 등에 들어가는 리튬이온전지는 세계시장이 지난해 기준 약 23조원에 달한다. 현재 상업화된 전지는 정형화된 케이스에 필름 형태의 양극과 분리막, 음극을 차례로 포갠 후 전해질 용액을 주입해 만드는 데, 심한 외부 응력이 가해지면 구성 물질들이 쉽게 떨어져 나가거나 변형이 일어나는 문제점이 있다.

반면 연구팀이 나무에서 추출한 '나노셀룰로오스'를 이용해 만든 종이 배터리는 나노셀룰로오스 섬유가 전극 구성 물질들을 3차원으로 둘러싸 종이학 모양으로 접을 수 있을 정도로 기계적 물성이 우수하고 용량은 기존의 3배 이상이다.

이선영 박사는 "자연에서 쉽게 구할 수 있는 나무 소재를 이용, 기존 전지보다 성능과 유연성이 월등하다는 점에서 국내 2차전지 수준을 한 단계 높일 수 있을 것"이라고 말했다.고승환 서울대 교수팀은 미 일리노이대 한승용 박사와 레이저를 이용해서 상온에서 산화된 금속을 원래 모습으로 되돌리는 공정을 개발했다. 이 기술을 활용하면 전극이나 활성물질을 단 한 번의 공정으로 제작할 수 있어 태양전지나 배터리, 초고용량 전기저장장치(슈퍼커패시터) 등에 활용할 수 있다.

고승환 교수는 "전극과 활성화 물질을 동시에 상온에서 쉽고 빠르게 원하는 모양으로 구현 할 수 있는 공정을 개발했다는데 큰 의미가 있다"며 "연구 성과를 더욱 발전시켜 금속산화물을 전자 소자 제작에 바로 적용할 수 있는 공정으로 범위를 확대해 나갈 것"이라고 말했다.

남도영기자 namdo0@

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