리튬배터리가 1천번을 늘리고 비틀어도 끄떡없다

KIST 손정곤 박사팀, 말랑말랑한 리튬배터리 개발
옷에 프린트해 스마트워치 작동… 기존 배터리 성능 유지

한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사팀이 팔토시에 리튬배터리를 인쇄해 스마트워치를 작동시키고 있다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사팀은 말랑말랑한 리튬배터리를 개발했다.

손정곤 박사는 10일 "이번에 개발한 신축성 있는 리튬배터리는 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 이 리튬배터리를 스판덱스 재질의 팔토시 양면에 직접 인쇄해 스마트워치를 작동시켰다. 실험결과, 현재 판매중인 리튬이온배터리와 비슷한 수준의 에너지저장 밀도를 가지고 있으며, 50%이상 늘리고 1000번 이상 늘리고 휘어도 정상적으로 작동했다.

연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다.

기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발해 적용했다.

이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용했다.

이를 이용해 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다.

연구진은 기존 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있다고 설명했다. 이 배터리는 3.3V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도인 2.8 ㎽h/㎠를 보였다.

또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성과 1000번 이상 반복으로 잡아당겨도 이상이 없었다.

손정곤 박사는 "높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보했다"고 설명했다.

이번 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 'ACS 나노'에 1월 21일자로 발표됐다.

[e-mail] 김만기 기자