실처럼 뽑아 쓰는 섬유형 배터리를 1m 이상 연속생산 하는 원천 소재 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 초물성전도소재연구센터 김남동·정현수 책임연구원 연구팀이 전북대 김정길 교수, 한국과학기술원(KAIST) 이진우 교수, 강원대 임형규 교수팀과 공동으로 덴드라이트 성장을 억제하면서 섬유형 아연 음극을 m급으로 연속 생산하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

실처럼 휘어지는 섬유형 배터리는 다양한 공간에 쓸 수 있어 차세대 전원으로 꼽힌다.

다만 반복적 변형에 견뎌야 하고 길이가 10cm 내외에 머무르는 문제가 있고, 섬유형 배터리의 주요 후보군인 수계 아연전지의 경우 충·방전 과정에서 음극 표면에 나뭇가지 모양 결정인 덴드라이트가 성장해 효율과 수명이 떨어지는 게 문제였다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 산소를 붙인 탄소나노튜브를 정렬하고 집적시킨 복합 섬유 음극을 개발했다.

산소가 아연 이온이 안정적으로 달라붙도록 돕고, 나노튜브의 미세한 골짜기 구조가 아연이 여러 지점에 균일하게 달라붙도록 유도해 수소 발생과 부식 반응을 막은 것이다.

이 음극을 섬유형 양극과 결합해 만든 전지는 800회 충·방전 후에도 초기 용량의 85%를 유지하는 것으로 나타났다.

여기에 더해 연구팀은 섬유 공급과 아연 도금, 세척 등 전 과정을 연속 수행해 복합 음극을 생산하는 전기도금 시스템도 개발했다.

이 시스템을 통해 제작한 1m 길이 섬유형 아연전지는 1만 회 반복 굽혀도 초기 용량의 89.8%를 유지했다고 연구팀은 설명했다.

김 책임연구원은 "섬유형 아연전지의 핵심 난제인 덴드라이트 성장과 제한적인 제조 길이를 소재와 공정 기술의 융합으로 동시에 해결했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

김정길 교수는 "향후 연속 생산 공정기술을 고도화해 웨어러블 전자기기뿐 아니라 피지컬 인공지능(AI) 기기의 형태와 공간에 최적화된 전원 기술로 발전시키겠다"고 말했다.

연구결과는 지난 7월 2일 국제학술지 '어드밴스트 에너지 머터리얼스'에 실렸다.