국내 연구진이 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 손정곤 소프트융합소재연구센터 연구원팀이 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모든 소재 자체가 신축성을 가지며, 인쇄도 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.
기존 배터리는 단단한 무기물 형태 전극 소재가 부피 대부분을 차지해 늘어나게 하기 어려웠다. 또 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소도 신축성 부여에 장애가 됐다. 액체 형태 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다.
연구진은 고무 등 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않고도 배터리에 신축성을 부여했다. 기존 바인더(전극 안정화 역할을 하는 고분자 소재)를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 개발, 적용했다. 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온을 쉽게 전달한다.
연구진은 또 신축성 및 기체 차단성이 뛰어난 소재를 패키징 소재와 집전체 소재로 사용, 전도성 잉크 형태로 제작했다.
이 결과로 배터리 모든 부분이 50% 이상 고 신축성을 보였고 1000번 이상 반복 잡아당김 후에도 성능을 유지하는 안정성을 보였다. 공기 중 장기 안정성도 확보했으며 기존 리튬이온 배터리와 유사한 에너지 저장 밀도까지 보였다.
연구진은 제작 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질 팔토시 양면에 인쇄해 그 위에 신축 패키징도 진행했다. 신축성 고전압 배터리를 옷 위에 직접 인쇄한 것으로, 해당 배터리를 입고 벗고 잡아 당길 때에도 스마트 워치는 계속 구동할 수 있었다.
손정곤 연구원은 “높은 에너지 밀도, 변형에 대한 신축 안정성 외에도 재료적 자유도 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다”며 “웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부지원으로 KIST 주요사업과 K-랩 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 'ACS Nano' (IF:15.881)에 지난달 21일자로 온라인 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
