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고무줄처럼 늘였다 줄였다하는 배터리 나왔다

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입력 :ㅣ 수정 : 2019-07-28 12:00 과학 섹션 목록 확대 축소 인쇄

웨어러블 디바이스, 인공장기용 전지로 활용 가능성

늘어나는 배터리 미국 스미소니언재단 제공

▲ 늘어나는 배터리
미국 스미소니언재단 제공

국내 연구진이 자유자재로 형태를 만들 수 있는 웨어러블 디바이스에 사용되는 유연성 있게 늘어나는 배터리의 전기 전도도 저하 문제를 해결할 수 있는 돌파구를 찾아냈다.

연세대 화학과, 포스텍 화학과, 울산과학기술원(UNIST) 기계항공및원자력공학부, 미국 미시건대 화학공학과 공동연구팀은 전기 전도성이 우수하면서도 유연하고 신축성있는 배터리 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 26일자에 실렸다.

다양한 웨어러블 디바이스가 나오면서 신축성 있고 잘 휘어지는 전원으로써 배터리에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 따라 관련 연구도 늘고 있지만 신축성 있는 전극은 늘어나는 과정에서 전도층이 파괴돼 전기가 잘 흐르지 않아 배터리 용량 저하로 이어지기 십상이다. 이를 극복하기 위해 기판을 주름지게 해 쉽게 늘어날 수 있도록 하는 방법도 나왔지만 제작 과정이 복잡하고 전도층이 도포된 표면에만 전기가 흘려 효율이 떨어진다는 문제가 있었다.

연구팀은 고무탄성을 갖는 폴리우레탄(PU)과 전도성이 우수한 금 나노입자를 혼합시켜 금속처럼 전기가 잘 흐르면서도 고무줄처럼 늘어나는 전극을 만들었다. 공기청정기 필터에 먼지가 달라붙거나 머리카락이 풍선에 달라붙는 현상 같은 전기적 인력을 이용한 단순한 공정으로 신축성과 전기전도도를 모두 잡는데 성공했다.
적층된 밀도구배 탄성전극 제조 폴리우레탄과 금나노입자를 다양한 조성비로 복합체를 형성시킨 뒤, 전도성 층과 신축성 층을 번갈아가면서 진공 탈수 방식으로 계층 수 조절을 하며 적층시킨 뒤 밀도 구배된 탄성전극을 제조함  연세대 제공

▲ 적층된 밀도구배 탄성전극 제조
폴리우레탄과 금나노입자를 다양한 조성비로 복합체를 형성시킨 뒤, 전도성 층과 신축성 층을 번갈아가면서 진공 탈수 방식으로 계층 수 조절을 하며 적층시킨 뒤 밀도 구배된 탄성전극을 제조함

연세대 제공

이렇게 개발된 신축성 전극을 리튬 이차전지에 적용해 배터리 길이가 30% 이상 늘어나는 물리적 변형에도 우수한 전기적 안정성을 나타내는 것으로 확인했다.

김병수 연세대 화학과 교수는 “기존에 나온 신축성 전극과 달리 이번에 개발한 배터리는 신축성과 전기전도 방향성에 제약받지 않기 때문에 다양한 용도에 맞게 조절할 수 있다는 장점이 있다”라며 “다양한 웨어러블 디바이스와 디스플레이, 인공장기 등에 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
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