[녹색기술] 친환경 “종이 배터리 발명하다”

[디지털비즈온 이호선 기자] 스위스의 연구기관 'Empa'(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology)의 연구팀은 'Water activated disponble paper battery'는 물에 적시면 전압이 공급되는 친환경 종이 배터리를 개발했다.

표준 단삼형 전지의 1.5 볼트에 대해 물을 몇 방울 늘려 활성화시키면, 이 종이 전지는 1.2 볼트의 전압을 공급한다고, 사이언티픽 리포트와 IT 매체들이 전했다.

미국 IT전문매체 씨넷(CNET)에 따르면 배터리 성능은 1995년부터 2007년 사이 두 배도 성장하지 못했으며, 2007년부터 2015년 사이에는 30%도 향상되지 못했다고 했다.

배터리 성능이 IT기술 발달 속도를 따라가지 못하는 이유는 기본적인 배터리의 구성 성분 때문으로 배터리는 외부는 금속, 내부는 화학물질로 구성돼 있는데 이 화학물질을 더 많이 담는다 해도 배터리 성능이 크게 증가하지 않았다. 즉 배터리 성능을 대폭 증가시키기 위해서는 제품의 소재 변화가 필요하다.

새로 개발된 친환경 종이 배터리는, 표준 배터리와 주요 구성 요소가 동일하지만 포장 방식이 달랐다. 이 배터리는 아연을 생분해성 금속의 음극으로, 흑연을 양극 재료로, 종이를 생분해성 기재로서 사용하고 있다.

전해질 없이 만들어져 있기 때문에 물을 1방울 첨가하면 종이 자체에 염분이 스며들어 전해질이 되어 전하를 가진 이온이 방출된다. 이온이 분산되면, 음극의 아연이 산화되어 전자가 방출되는 원리다.

실험에서는, 직사각형의 띠 형상의 종이를 사용하고, 한쪽면에는 음극으로서 기능하는 흑연 분말을 포함하는 잉크를 인쇄하고, 이면에는 양극으로서 기능하는 아연 분말을 포함하는 잉크를 인쇄했다.

전자 장치에 전력을 공급할 수 있는지를 증명하기 위해 종이 배터리를 액정 디스플레이가있는 알람 시계에 연결했다. 그 결과, 2방울의 물을 가하면 20초 이내에 전지가 작동하여 알람 시계에 전원을 공급할 수 있었다. 배터리를 에너지 소비 장비에 연결하지 않으면 1.2 볼트의 안정된 전압에 도달하는 것으로 확인되었다.

일반적인 단삼형 알칼리 건전지의 전압은 1.5 볼트이다. 1시간 후, 전지의 성능은 종이 건조로 인해 크게 저하되었지만, 추가로 2방울의 물을 첨가하면, 추가로 1시간 이상, 0.5볼트의 안정된 동작 전압을 유지할 수 있었다.

종이에 부착시킨 아연의 양에 따라 전지의 용량이 결정된다고 한다. 종이와 아연은 생분해성이며 적절한 공정을 거치면 재활용도 가능하다.

연구자인 구스타프 니스트롬(Gustav Nyström)은 “이것은 유해한 배터리에 대한 지속 가능한 재료의 개발과 함께 시작되는 작업입니다.” 고 설명하면서, 거기에서 "매우 유용한 것을 만들 수 있었다고 생각합니다."라고 말했다.

한편 기술 회사의 녹색 기술 연구원이자 고문인 캘리포니아 대학교 얼바인 대학 델레 오군세이탄(Dele Ogunseitan) 교수는 "기존 AA형 건전지가 환경적으로 큰 문제로 나타나고 있다." "아무도 그들이 어디로 가는지에 대해 정말로 관심을 기울이지 않았다."고 덧붙였다.

사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 환경 친화적인 재료로 개발한 새로운 물 활성화 종이 배터리를 설명하는 논문이 7월 28일 게재되었다.