세계 최초 ‘나무’로 이온전지 분리막 제조

국립산림과학원 이선영 박사, 셀룰로오스서 분리막 개발…세계적 학술지 실려, 상용화 땐 1조2000억원 효과

[아시아경제 왕성상 기자] 나무의 화학적 주성분인 셀룰로오스에서 리튬이온전지의 핵심소재인 분리막을 얻어내는 방법이 세계 최초로 국립산림과학원의 연구원에 의해 개발됐다.

7일 산림청에 따르면 국립산림과학원의 임산가공분야 전문가인 이선영(45) 박사는 나무에서 뽑아낸 다공성 셀룰로오스나노섬유로 리튬이온전지 분리막을 만드는 데 성공했다.

현재 대부분의 리튬이온전지 분리막은 석유계 올레핀수지인 다공성 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 쓰고 있다.

연구 성과를 담은 논문은 지난달 말 세계적 권위를 인정받는 ‘저널오브머티어리얼스케미스트리’(영국왕립화학회 발행)에 실렸다.

친환경소재로 분리막을 만드는 이 연구 성과가 상용화되면 우리나라는 1조2000억원 규모에 이르는 세계 리튬이온 2차 전지 분리막시장에서 엄청난 대체효과를 보게 된다.

이 박사가 이상영 강원대 화학공학과 교수팀과 공동으로 한 이 연구는 나무에서 쉽게 얻을 수 있는 친환경재료를 활용, 분리막을 만들어 과학적 면에서도 큰 의의가 있는 것으로 평가받고 있다.

이 박사팀은 셀룰로오스를 기계적 방법으로 변화시킨 나노크기의 셀룰로오스섬유(직경 20~30 나노미터)에서 유기용매와 물의 배합비율 및 두께를 조절, 다공성 셀룰로오스 나노종이 분리막을 개발했다.

셀룰로오스 나노종이 분리막은 리튬이온 전도도가 뛰어나고 전기화학적 안정성이 있어 고온에서 수축현상이 일어나지 않는다.

또 전해액의 이온투과정도가 매우 활발해 극성에 관계없이 여러 종류의 전해액(비극성 및 극성)을 쓸 수 있다. 이 분리막은 이런 특징 때문에 충전과 방전 때 우수한 전지특성을 나타내므로 이것을 써서 고품질의 리튬이온전지를 만들어낼 수 있다.

리튬이온전지의 핵심소재인 분리막의 세계시장 규모는 약 1조2000억원에 이르며 그 중 대부분의 분리막 재료가 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이다.

이 분야 세계시장은 24%를 차지한 미국 셀가드의 뒤를 이어 ▲일본 아사히 ▲미국 토넨 ▲한국 SK이노베이션 ▲일본 우베 등이 경쟁하고 있다.

따라서 셀룰로오스 분리막을 이용한 리튬이온 2차전지가 나오면 이 분야 시장구도도 크게 바뀔 전망이다.

연구를 주도한 이선영 박사는 “나무성분의 40~50%를 차지하는 셀룰로오스는 지구상에서 가장 많이 있는 바이오고분자로 셀룰로오스 나노섬유는 세계적으로 전기·전자재료, 생체의학재료, 나노복합재료 등 첨단 신소재 개발에 활발히 이용되고 있다”고 말했다.

그는 “나노셀룰로오스를 활용해 초대용량 전극소재, 리튬이온전지 음극소재의 기판 등 다양한 용도로 이용하는 연구를 계속 하겠다”고 덧붙였다.



왕성상 기자 wss4044@