전극 성분으로 작용하는 '목재 성분 나노 셀룰로오스'
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전극 성분으로 작용하는 '목재 성분 나노 셀룰로오스'
  • 김영하 기자
  • 승인 2019.12.03 18:11
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'목재 성분 나노 셀룰로오스’ 혹은 '초소형 필라멘트'를 ‘멕신 (MXene)’에 결합
'유연 배터리' 및 '슈퍼커패시터'를 비롯하여 모든 에너지 저장 장치에 적용 가능
맥신에 나노 셀룰로오스를 합성하였을 때 확대 이미지 (사진: 스웨덴왕립공과대학)
맥신에 나노 셀룰로오스를 합성하였을 때 확대 이미지 (사진: 스웨덴왕립공과대학)

(AI타임스=김영하 기자) 스웨덴 왕립공과대학 (KTH Royal Institute of Technology)에서는 전극부 소재로 '목재 성분 나노 셀룰로오스 (Wood Cellulose Nano Fibrils)'를 응용한 복합재를 적용하여 보다 가볍고 가성비를 갖춘유연 전자 제품 (Flexoble Electronics)과 웨어러블 장치 (Wearable Devices) 구현이 가능할 것으로 보인다.

해당 학교의 연구원들은 나노 크기의 전도성 성질을 가진 전이금속 탄소질소화합물인 2D 신소재 '멕신(MXenes)'에 '목재로부터 얻은 나노 셀룰로오스’ 혹은 ‘나노로드 (Nanorods)라고도 알려진 초소형 필라멘트'를 결합하여 새로운 복합 재료를 만들었다고 보고하였다. 나노 셀룰로오스는 멕신에 없는 기계적 강도성을 부여해주며 전극을 유연하게 만들어준다.

이번 연구에 참여한, 맥스 하메디 (Max Hamedi) 나노 셀롤로오스 연구원은 멕신에 나노 셀룰로오스 혹은 초소형 필라멘트 적용으로 '웨어러블 센서 장치의 슈퍼 커패시터' 및 '유연 배터리'를 비롯해 '다기능 에너지 저장 장치' 구현이 고성능 저비용으로 가능해 질 수 있다고 한다. 하메디는 최근 목재 펄프 에어로겔 형태의 연질배터리 (Soft Battery)를 개발한 바 있다.

그에 따르면, 목재 섬유를 이용한 전극은 어떠한 에너지 저장장치에도 적용 가능하지만 특히 '유연성을 가진 배터리' 혹은 '웨어러블 센서 장치의 슈퍼캐피시터'로 적용될 때 최고의 가치를 발휘될 것으로 예상된다고 한다. 전극의 강도와 용량성 충전 저장 특성을 모두 제공하므로 전기화학 장치 (Electrochemical Devices)에서 더 오래 사용할 수 있으며, 이러한 특성들이 다기능 배터리와 슈퍼커페시터 제조에 도움이 될 것이라며 이번 개발 소재에 대해 설명했다.

목재를 통한 신소재 개발의 세계적인 움직임은 비단 이번이 처음은 아니다. 목재로부터 얻은 나노 셀룰로스는 지름이 수십 나노미터에 불과한 초극세 섬유의 바이오 소재로, 최근 전 세계적으로 전기·전자재료, 생체의학 재료, 나노복합재료 등에 이용되고 있다. 일본에서는 생목재 혹은 폐목재의 셀룰로오스 나노 섬유를 철강재를 대체할 수 있는 복합소재로 응용한바 있으며, 목재 복합재의 경우 강철 무게의 1/5 수준이며, 강도는 5배가 뛰어나다고 한다.


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