리튬이온배터리 대체할 종이 배터리 개발. 스마트폰용 등 상용화 가능성
리튬이온배터리 대체할 종이 배터리 개발. 스마트폰용 등 상용화 가능성
  • 이세민 기자
  • 승인 2022.08.02 10:35
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1회용 소형 종이배터리가 개발, 관심을 끌고 있다.

[M 투데이 이세민기자] 리튬이온배터리를 대체할 소형 종이 배터리가 개발, 관심을 끌고 있다.

스위스 연방재료과학기술연구소 엠파(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology Empa)의 알렉산드르 풀린(Alexandre Poulin)이 이끄는 배터리 연구팀이 개발한 종이 배터리는 1회용으로 최대 두시간 가량 사용할 수 있어 소형 전지기기 등에 상용화될 가능성이 높다는 분석이다.

스위스 과학연구잡지 scinexx에 따르면 스위스 연방재료과학기술연구소 엠파는 최근 제조가 쉽고 생분해성이 있으며 언제든지 활성화 할 수있는 일회용 종이 배터리 개발에 성공했다고 밝혔다.

이 새로운 에너지저장시스템은 아연과 흑연 분말로 만든 인쇄 전극이 있는 1평방센티미터 크기의 종이로 물에 적시면 활성화된다.

종이 앞면에는 셸락, 에탄올을 용매로 사용하고 50%의 흑연 플레이크로 만든 잉크가 인쇄돼 음극 역할을 한다. 이는 건조되면 표면적이 큰 다공성 구조를 형성한다.

양극은 90%의 아연 분말을 함유한 잉크로, 용지 뒷면에 적용된다.

종이 스트립의 양쪽은 흑연 플레이크와 그을음이 들어있는 세 번째 잉크의 코팅을 입혀 집전체 역할을 하게 되며, 전자를 끝에 부착된 전선으로 향하게 하고 물을 적시면 활성화된다.

종이에 포함된 테이블 소금이 용해되면서 전해질 역할을 하는 이온이 형성되며, 두 산화 환원 반응을 통해 전류가 생성된다.

연구팀에 따르면 두 개의 미니 셀로 구성된 이 종이 배터리는 LCD 디스플레이가 있는 알람시계에 충분한 전력을 공급할 수 있다.

테스트에서 종이 배터리는 두 방울의 물을 떨어뜨렸더니 20초 이내에 활성화되며서 1.2볼트의 안정적인 전압이 생성됐다.

일반 AA 알카라인 배터리의 전압은 1.5볼트로, 종이 배터리는 이와 비슷한 성능을 낸다.

다만 종이 배터리는 1회성으로, 현재로 선 한 두시간만 사용할 수 있는 한계가 있다. 약 한 시간 후 종이가 마르시 시작하면 배터리 성능도 크게 떨어진다.

스위스 연방재료과학기술연구소 엠파 연구팀이 개발한 종이배터리 구성도

연구팀은 “건조되기 전 배터리 지속시간은 종이 배터리가 흡수할 수 있는 물의 양에 달려 있기 때문에 더 두껍고 흡수성이 강한 종이 또는 습한 환경으로 배터리의 수명을 더 연장 할 수 있다”고 밝혔다.

연구팀은 정기적인 물 보충을 보장하면 종이 배터리는 평균 0.5V 전압으로 완전히 방전될 때까지 최대 두 시간 반 동안 지속될 수 있다고 설명했다.

연구진이 설명에 따르면 배터리의 수명은 양극의 아연 함량에 달려 있는데 아연은 배출 중에 산화에 의해 점차적으로 소비된다. 따라서 아연의 양이 많을수록 배터리가 오래 지속된다.

연구진은 종이로 만든 간단한 일회용 배터리는 사물 인터넷의 작은 구성 요소, 센서, RFID 태그, 시계의 수정 발진기, 작은 의료 진단 장치에 사용될 수 있다고 밝혔다.

그러나 이 배터리가 언제 상용화될지는 아직 결정되지 않았다고 덧붙였다.


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