포스텍 연구팀이 웨어러블 디바이스에 들어갈 고강도 젤 전해질을 개발했다. 웨어러블 전기화학 소자의 핵심소재로 활용 가능하다는 평가다.
포스텍(총장 김도연)은 김진곤 화학공학과 교수와 박사과정 황희동 씨가 문홍철 서울시립대 화학공학과 교수연구팀과 공동으로 블록공중합체의 구조적 설계를 통해 별 모양으로 제조한 고분자 젤 전해질을 개발해 전기화학 소자의 기계적 강도를 획기적으로 향상하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.
유연한 플렉시블 디바이스나 옷이나 몸에 부착할 수 있는 작고 외형이 잘 변형되는 웨어러블 디바이스에는 유연하지만 강하고, 작으면서도 효율이 높은 배터리와 센서 등의 첨단 기술이 필요하다. 외형은 유연하지만 기계적인 외부 변형에 버틸 수 있도록 전기화학 소자에 들어가는 젤 전해질의 강도를 높이는 일은 필수적이다.
배터리나 센서 등에 널리 사용되고 있는 물질인 전해질은 보통 액체로 많이 만들어져있다. 전기적 특성이 우수하지만, 액체라서 흐르거나 누액의 위험이 있기 때문에 젤 형태의 전해질에 대한 연구가 계속되고 있다.
하지만 젤 전해질의 경우 낮은 기계적 강도로 인해 외부 힘에 의해 쉽게 변형이 돼 플렉시블·웨어러블 전기화학 소자로 활용하기가 어려웠다. 화학적 요소를 첨가해 기계적 강도를 높이는 방법이 있지만, 추가적인 공정이 필요하고 빛이나 자외선, 열에 취약한 전기화학 반응물을 사용할 수 없는 단점이 있다.
연구팀은 별 모양의 블록공중합체를 이용해 고분자 젤 전해질의 기계적 강도를 높였다. 이렇게 개발된 전해질을 기반으로 전기화학 발광소자를 만들었다. 유연한 기판에서 수천 번 구부러트리는 변형에도 발광을 유지했다.
김진곤 교수는 “이번에 개발한 고강도 젤 전해질은 기계적 변형에 노출되어야 하는 웨어러블 전기화학 소자의 핵심 소재가 될 것”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 창의적 연구 진흥사업, 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 미국 화학학회가 발행하는 재료·화학 분야 국제 학술지인 'ACS 응용 재료와 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)'지 표지 논문을 통해 발표됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
