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제목 전기를 저장하는 나노셀룰로스

전기를 저장하는 종이

         
KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-12-09
린셰핑 대학(Linköping University)의 연구진은 전력을 공급하는 종이를 개발하는데 성공했다. 이 새로운 재료는 전기를 저장하는데 뛰어난 능력을 가졌다. 이 재료는 나노셀룰로오스(nanocellulose)와 전도성 폴리머로 구성되었다. 이 연구결과는 저널 Advanced Science에 게재되었다.

한 개의 시트는 15센티미터의 직경과 수십 분의 1밀리미터 두께를 가지고 있고, 1F까지의 전기를 저장할 수 있다. 이것은 시장에서 현재 판매되고 있는 슈퍼커패시터와 유사하다. 이 재료는 수백 번 충전될 수 있고 각 충전은 단지 몇 초 정도 걸린다.

이것은 여름에서부터 겨울까지, 바람이 부는 날에서부터 잔잔한 날까지, 태양이 많은 날에서부터 구름으로 잔뜩 낀 날까지 모든 날씨에서 재생 가능한 에너지를 사용할 수 있는 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

“커패시터로서 작동하는 박막은 오래 전에 개발되었다. 우리의 연구는 3차원으로 이런 재료를 만드는 것이다. 우리는 두꺼운 시트를 만들 수 있었다”고 이 연구에 참여한 Xavier Crispin 교수가 말했다. 이 연구에는 린세핑 대학 이외에도 스웨덴 왕립 공과대학(KTH Royal Institute of Technology), 덴마크 기술대학(Technical University of Denmark), 켄터키 대학(University of Kentucky)의 연구진에 의해서 수행되었다.

이 재료는 종이처럼 보이고, 한 장을 사용해서 백조 모양의 종이접기를 할 수 있다. 이것은 이 재료의 강도가 매우 높다는 것을 보여준다. 이 재료는 나노셀룰로오스로 구성되었다. 나노셀룰로오스는 고압 물을 사용해서 셀룰로오스 섬유를 지름이 20nm 정도의 매우 얇은 섬유로 부순 것이다. 물 속에서 전기적으로 대전된 폴리머(PEDOT:PSS)가 추가되었다. 그 후에 폴리머는 섬유 주변에 매우 얇은 코팅을 형성한다.

“코팅된 섬유는 꼬인 상태이다. 그들 간의 공간의 액체는 전해질로서 사용된다”고 Jesper Edberg가 설명했다.

새로운 셀룰로오스 고분자 재료는 이온과 전자를 위한 자발적인 전도성을 가지고 있다. 이것은 에너지 저장을 위한 뛰어난 능력을 가진다. 또한 이것은 더 높은 용량을 향한 지속적인 발전을 위한 새로운 길을 열어줄 것이다. 시장에서 현재 사용되는 배터리와 콘덴서와는 달리, 전기를 저장하는 종이는 간단한 재료들로 제조될 수 있다. 즉, 재생 가능한 셀룰로오스와 쉽게 적용 가능한 폴리머로 구성되어 있다. 이것은 가볍고, 위험한 화학물질 또는 중금속을 사용하지 않고, 방수 기능을 가진다.

Power Papers 프로젝트는 2012년 이후부터 크누트 앨리스 발렌버그 재단(Knut and Alice Wallenberg Foundation)으로부터 자금을 지원받았다. “이 연구결과가 다양한 분야에 적용되기 위해서는 많은 시간이 걸린다”고 Magnus Berggren 교수가 말했다.

이 새로운 종이는 균일할 펄프처럼 보이고, 종이로 만들 때 탈수되어져야 한다. 그래서 폭넓게 적용하기 위해서는 산업적 프로세스를 개발해야 한다.

“우리는 전력을 공급하는 종이를 제조할 수 있는 합리적인 방법을 개발하기 위해서 지속적인 연구를 수행하고 있고, 현재 34,000,000 SEK가 투자되었다”고 Berggren이 말했다.

연구 목표
- 유기 전자장치 속의 가장 높은 전하 및 용량(1C와 2F)
- 유기 전도체 속에서 측정된 가장 높은 전류(1A)
- 이온과 전자를 자발적으로 전도하는 가장 높은 용량
- 트랜지스터 속의 가장 높은 트랜스컨덕턴스(transconductance)

그림. 종이 전원.



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