최근 세계 각국에서 친환경적 에너지를 만들기 위한 노력에 박차를 가하고 있다. 그중 주목받고 있는 것이 나노셀룰로오스로부터 에너지 저장소자인 리튬이온전지를 개발하는 연구다.

종이전극 모식도

나노셀룰로오스를 이용한 리튬이온전지는 가격이 저렴하고 친환경적이며, 기존 폴리올레핀계 분리막, 음극집전체 및 양극집전체 소재들과 비교했을 때 가볍고 유연하고 고강도의 소재를 만들 수 있다는 장점이 있다.
국립산림과학원(원장 윤영균)은 이런 추세를 반영해 2009년부터 나노셀룰로오스를 이용한 리튬이차전지 개발 연구를 지속해왔고, 지난 6일 울산과학기술대 환경에너지공학부 이상영 교수를 초청해 산림과학 3.0 실천을 위한 임산공학부회의실에서 ‘리튬이차전지의 최근 연구동향과 전망’을 주제로 한 세미나를 개최하기도 했다.

이번 초청 세미나는 나노셀룰로오스 응용분야 중 하나인 리튬이차전지의 핵심소재 연구동향, 분리막, 양극집전체, 음극집전체 및 종이 배터리의 미래 전망 등을 살피는 자리였다.

세미나에서 이상영 교수는 "나노셀룰로오스로부터 만들어진 분리막, 양극·음극집전체를 이용해 종이 배터리 개발에 성공한다면 수많은 전자기기의 경량화 소재 돌입이 가능하다"고 발표했다.

특히, 리튬이온전지 등의 에너지 저장소자 개발은 전 세계가 함께 벌이고 있는 전쟁과 같기 때문에 원천기술이 중요하다고 강조해 참석자들의 호응을 얻었다.

그 외에도 기존의 전극 바인더인 PVDF 대신 물 기반의 나노셀룰로오스 바인더를 사용하면 친환경 플렉서블 종이 전극 개발이 가능하다는 내용이 보고됐다.

또한 전극의 기계적 물성을 향상시키기 위해 셀룰로오스 지지체를 도입하면 리튬이차전지의 양극 및 음극활물질의 충·방전 시 부피팽창을 완화시킬 수 있다는 발표도 이어졌다.

국립산림과학원 이선영 박사는 "2010년부터 울산과기대 이상영 교수팀과 공동으로 나노셀룰로오스를 이용한 리튬이차전지 연구를 수행, 분리막과 양극집전체를 개발해왔다"며 "내년까지 양극집전체를 개발해 2년 후 세계 최초로 핵심소재들이 탑재된 고성능·고출력의 종이 배터리가 나올 수 있도록 하겠다"고 포부를 밝혔다.
한편, 현재 스웨덴이나 미국 등 여러 나라에서 셀룰로오스 종이와 인쇄용지를 이용한 종이배터리가 개발된 바 있으나 아직 초기 단계에 머물고 있다.