웨어러블 기기에 쓰이는 3D 프린팅 이차전지 소재 개발

화학연·경희대 연구팀 "가격 저렴하면서도 정교한 프린팅 가능"

한국화학연구원은 최영민·김태호 박사와 경희대 정선호 교수 공동 연구팀이 웨어러블 기기 등에 쓰이는 3D 프린팅 이차전지 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.

웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT) 센서, 인체삽입형 소자 등은 크기가 작고 형태가 다양해 여기에 들어가는 이차전지도 정교한 형태로 만들어야 한다.

이 때문에 3D 프린팅으로, 자유자재로 전지를 제작하는 기술이 주목을 받고 있다.

연구팀은 전극 이중 층 슈퍼커패시터(EDLC) 이차전지의 집전체 소재를 개발했다.

집전체는 전자를 뽑아내 이동할 수 있도록 연결해주는 이차전지의 핵심 부품이다.

EDLC 전지는 구조가 단순하고 수명이 길다는 장점이 있어 리튬이온전지의 보조 전지 역할로 자동차나 스마트폰, 카메라 등에 널리 쓰인다.

EDLC 전지를 3D 프린팅으로 제작하려면 집전체, 전극, 전해질 등 모든 구성 성분을 잉크로 만들어야 하는데, 전극과 전해질 소재에 대한 연구는 활발히 진행돼 왔지만 집전체의 경우 성능이 탁월한 소재가 없는 상황이다.

이 때문에 3D 프린팅 공정 대신 금을 표면에 증착하거나 빛으로 회로를 만드는 패턴화 공정이 사용되고 있으나 가격이 비싸고 공정이 복잡하다는 한계가 있다.

연구팀은 ㎚(나노미터·100만분의 1㎜)∼㎛(마이크로미터·1천분의 1㎜) 크기의 니켈 입자와 고분자 소재(PVP) 등을 섞어 전기 전도성과 고전압 안정성이 높은 잉크 집전체 소재를 개발했다.

개발한 소재를 적용한 슈퍼커패시터 소자의 에너지 밀도는 기존 금 증착 공정으로 만든 집전체 소자와 비슷한 수준이라고 연구팀은 설명했다.

정선호 교수는 “이번에 개발한 이차전지 소재는 니켈을 사용해 가격이 저렴하고, 잉크에 들어가는 입자들의 배율을 다르게 해 전지 모양을 정교하게 프린팅할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced Functional Materials) 지난 6월 호 표지논문으로 실렸다.

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