기술의 진보와 인구의 증가는 필연적으로 더 많은 에너지를 요구하게 되었으며 이는 최종적으로 화석 연료 소비량의 증가를 유발하여 심각한 환경오염 문제를 초래하게 되었다. 인류의 지속가능성을 위해 친환경 에너지원의 사용 및 개선된 성능의 에너지 시스템 개발 등 다양한 연구가 수행되고 있으며, 본 연구 역시 이러한 연구들과 기조를 함께하여 유망 차세대 에너지 시스템인 태양광전지, 연료전지, 그리고 배터리의 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있는 기능성 고분자 기반 필름과 이의 제조 공정 개발에 관한 내용을 소개한다.

가장 먼저 2장에서는 태양광전지의 성능 향상에 기여할 수 있는 셀룰로오스 나노피브릴 (CNF)로 구성된 투명필름을 소개한다. CNF 분산액과 카르복시메틸화 셀룰로오스 분산액을 일정 비율에 맞게 혼합하여 초음파 처리 진행, 균일한 분산액을 제조하고 해당 분산액에 전기영동법을 진행하여 전극에 흡착시킴으로써 필름 제조에 성공하였다. 이 투명필름은 높은 빛 투과도와 산란도를 동시에 보유하고 있어 더욱 많은 빛 입자가 활성층에 도달하도록 유도하는 빛 거동 제어층 (light management layer)의 역할을 수행함으로써 태양광 전지의 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 우수한 기계적 물성, 유연성, 수분 저항성 등을 보유하는 것을 확인하여 그 활용도가 매우 높을 것으로 기대된다.

3장에서는 연료전지의 제조 공정의 간소화 및 비용 절감을 위해 디스펜서 프린팅 공정을 통한 폴리이써이미드(polyetherimide, PEI) 필름의 제조에 관한 내용을 포함한다. PEI 용액을 디스펜서 프린터를 통해 직접 프린팅 한 후 정교하게 설계된 두단계 열처리 공정을 진행하였고, 그 결과 마스크 없이 간편하게 희망하는 구조를 갖는 PEI 필름의 제조에 성공하였다. 또한 해당 PEI 필름은 프린팅 방향, 열처리 조건 등에 따라 독특한 전기적, 기계적 물성을 보유함을 확인하였으며 이는 추후 고분자의 열처리에 따른 화학적 거동의 분석에 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

마지막 4장은 최근 가장 큰 이슈가 되고 있는 전기자동차 배터리에 적용됨으로써 배터리의 열 및 화재 안정성을 향상시키는 필름과 이의 제조에 관한 내용을 포함한다. 폴리테트라플루오르에틸렌 섬유를 바인더로 사용함으로써 95 wt%의 난연재를 함유하는 복합소재 필름의 제조에 성공하였으며, 해당 필름은 우수한 열 전도도뿐만 아니라 불연의 성질을 보유함을 확인하였다. 이와 같은 시스템을 활용한다면 해당 문제를 해결함에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.