나무로 만든 ‘말랑말랑’한 배터리 개발 <스웨덴 왕립원, 하버드대>

-셀룰로스 섬유 소재 '신개념'

지난 수십 년간 배터리 기술은 눈부신 발전을 거듭했다. 과거 주로 사용되던 무거운 배터리들은 리튬 이온 배터리처럼 가볍고 성능 좋은 새로운 배터리로 교체되었다. 이런 배터리 기술의 진보는 현재의 IT 혁명을 가능하게 만든 주역이었다. 우리 주변의 스마트폰과 노트북은 고성능 배터리와 결합하면서 언제 어디서나 사용할 수 있는 기기로 탈바꿈했다.

하지만 현재의 배터리 기술이 완벽한 것은 아니다. 리튬은 매장량이 많지 않은 비싼 자원이며 열에 약하고 화재의 위험성이 있다. 특히 웨어러블 기기의 시대가 오면서 단단한 고체 형태인 리튬 이온 배터리 이외의 대안이 필요해졌다. 필요는 발명의 어머니라고 이제 리튬 이온 배터리를 넘어설 새로운 배터리의 요구가 커진 것이다.

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

-웨어러블 기기 시대에 안성맞춤

셀룰로스 섬유는 목재에 풍부한 물질이다. 하지만 상식적으로 생각해도 셀룰로스는 배터리의 소재로 삼기에는 적당하지 않다. 그러나 나무에서 추출한 셀룰로스 섬유를 매우 미세하게 나눈 소재인 CNF는 여러 가지 재미있는 성질이 있다.

CNF는 반도체의 소재로도 사용될 수 있으며 아주 가벼우면서 다공성 소재를 만드는데 적당하므로 연구팀은 이를 기반으로 에어로젤과 비슷한 3차원 소재를 만드는 연구를 진행했다. 연구팀에 의하면 이는 원자레벨까지 내려가는 매우 복잡한 작업이라고 한다.

그리고 CNF 소재로 만든 다공성의 3차원 소재에 특수한 잉크를 이용해서 전기를 저장할 수 있도록 개조했다. 다시 말해 CNF 소재로 만든 말랑말랑한 배터리를 만드는 데 성공한 것이다. 이 새로운 배터리는 기존의 배터리에 비해 다양한 형태로 가공이 가능할 뿐 아니라 충격에 강하면서 매우 가볍다.

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

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com