[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발해 옷 표면에 인쇄해 가능성을 시험했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀이 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.
기존 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지해 늘어나게 하기 어려웠으며 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소도 늘어나야 하는데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다.
연구진은 배터리 신축성을 위해 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣는 고분자 소재인 바인더를 기반으로 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발해 적용했는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다.
또 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용해 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다.
또 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도(~2.8 mWh/㎠)를 보였다.
아울러 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보했다.
이와 함께 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행해 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다.
손정곤 박사는 ”신축성을 가진 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
