국내 연구진이 자유롭게 변형되고 늘어나는 리튬이온 이차 전지를 개발해 이를 신축성 있는 의류 표면에 인쇄하는 데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀이 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모든 배터리 소재가 신축성이 있는 리튬 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다. 관련 논문의 제1저자는 삼성디스플레이 소속 홍수연 박사다.

최근 고성능 웨어러블 기기와 신체 이식형 전자기기에 대한 관심이 늘며 배터리도 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 변형이 가능한 형태로 만들어질 필요성이 커지고 있다.

하지만 기존 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 신축성 있게 만들기가 어렵고 형태를 변형하면 액체 형태의 전해질이 새는 문제가 있었다.

연구진은 유기젤 소재를 바인더(전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣는 고분자 소재)로 사용해 에너지 저장 성능을 떨어뜨리지 않고 전극 자체가 늘어날 수 있게 했다.

또 전자를 전달하는 집전체도 3가지 크기의 금속 입자, 탄소나노튜브, 신축성 고분자의 나노 구조를 최적화한 잉크 형태로 개발해 고전압 상태에서도 안정적으로 전하집전체를 인쇄하는 기술을 확보했다.

이번에 개발된 신축성 리튬이온 이차전지는 기존 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓰기 때문에 에너지 저장 밀도가 그와 유사한 수준이라는 것이 손 박사 연구팀의 설명이다.

이 배터리는 모든 부분이 1천번 이상의 반복적인 잡아당김에도 성능을 유지했다.

연구팀은 더 나아가 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔 토시 양면에 직접 인쇄해냈다. 원단에 인쇄된 배터리는 입고 벗고 잡아당길때도 배터리 성능을 유지했다.

손 박사는 "신축성 있는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 미국 화학회가 발간하는 국제 저널 'ACS 나노'(ACS Nano)에 지난달 21일 게재됐다.